在太空中，重力的作用几乎可以忽略不计，这种微重力环境已知会影响肌肉、骨骼、认知和免疫系统，但其对大脑的具体影响却鲜有研究。为了探究这一点，斯克里普斯研究所的科学家与纽约干细胞基金会合作，将脑细胞类器官送到了国际空间站（ISS）。
这些由干细胞衍生的小型组织提供了一个独特的窗口，帮助我们了解微重力对神经系统的影响。
太空中的脑细胞
一个月后，这些类器官从ISS返回地球，状态良好，展现出令人意外的韧性。更令人惊讶的是，这些细胞比地球上的同类细胞成熟得更快。
这项研究发表在《干细胞转化医学》杂志上，结果显示，太空中的细胞更接近成为成熟的神经元，并开始表现出特化特征。
“这些细胞能够在太空中存活，这本身就是一个巨大的惊喜，”共同资深作者、斯克里普斯研究所名誉教授珍妮·洛林博士说。“这为未来在太空进行的实验奠定了基础，我们可以包括受神经退行性疾病影响的其他部分大脑。”
类器官及其地球上的对照组
在地球上，研究人员从干细胞中培养类器官，模拟特定的脑细胞，如皮质神经元和多巴胺能神经元。这些类型的细胞在多发性硬化症和帕金森病等疾病中受到严重影响。一些类器官还包括小胶质细胞，这种免疫细胞在脑部炎症中起关键作用。
为了确保类器官能够在ISS上自我维持，研究团队创新了一种方法，使用冷冻管——一种设计用于冷冻的小型密封容器——来培养比通常更小的类器官。这样就消除了在轨道上进行持续维护的需要，因为冷冻管内的营养介质在整个实验期间保持稳定。
从地球到轨道再返回
在肯尼迪航天中心准备好的类器官被装入一个迷你孵化器，送往ISS。在微重力环境中度过一个月后，这些模拟脑部的类器官完好无损地返回地球。研究人员随后比较了暴露于太空的类器官与留在地球上的类器官的RNA表达模式——这是一种衡量基因活性的方法。
结果非常显著。在微重力环境下生长的脑类器官表现出的基因表达模式表明，它们比地球上的同类细胞更为成熟。
“我们发现，无论是哪种类器官，其基因表达谱都显示出比地面样本更老的发展阶段，”洛林博士解释道。“在微重力环境中，它们发育得更快，但重要的是要知道这些并不是成年神经元，因此这并不能告诉我们关于衰老的任何信息。”
太空中脑细胞的反应
有趣的是，研究还发现，太空中的类器官表现出较低的炎症水平和较少的压力相关基因表达。这一发现与最初的假设相矛盾，引发了关于微重力独特环境的新问题。
洛林博士推测，微重力可能更接近脑细胞在自然条件下经历的环境。
“微重力的特性可能也在人们的大脑中起作用，因为在微重力下没有对流——换句话说，事物不会移动，”洛林博士指出。“我认为在太空中，这些类器官更像大脑，因为它们不会被大量的培养基或氧气冲洗。它们非常独立，形成了类似微型大脑的结构。”
基于太空的研究下一步
基于这一初步成功，研究团队已经向ISS发射了四次额外的任务，复制了第一次的条件，并引入了新的实验。
“接下来，我们计划研究受阿尔茨海默病影响最大的大脑部分，”洛林博士说。“我们还想了解神经元在太空中相互连接的方式是否存在差异。这类研究无法依赖早期工作来预测结果，因为没有早期工作。可以说，我们正处于起步阶段；虽然在天空中，但我们仍在地面上。”
神经科学的新前沿
这项非凡的研究得到了国家干细胞基金会的支持。论文《微重力对国际空间站上人类iPSC衍生神经类器官的影响》包括来自斯克里普斯研究所科学家和纽约干细胞基金会研究所、Space Tango及国家干细胞基金会合作者的贡献。
这些发现代表了对微重力如何影响大脑发育和功能的重要一步。随着研究的进展，这些见解可能会导致神经退行性疾病的新治疗方法，并加深我们对太空环境中人体生物学的理解。
该研究发表在《干细胞转化医学》杂志上。
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