尽管关于微重力对大脑的具体影响知之甚少，但已知它会改变免疫系统、肌肉、骨骼和认知功能。来自斯克里普斯研究所（Scripps Research）的科学家与纽约干细胞基金会合作，将由干细胞衍生的小簇脑细胞，即所谓的“类器官”，送往国际空间站（ISS），以了解脑细胞如何反应微重力环境。
当这些类器官在轨道上一个月后返回地球时，令人惊讶的是它们仍然健康，但这些细胞的发育速度比地球上相同条件下的类器官更快；它们开始显示出专业化迹象，更接近成为成熟的神经元。
这项研究结果发表在《干细胞转化医学》（Stem Cells Translational Medicine）杂志上，有助于阐明太空旅行可能对神经系统产生的影响。
“这些细胞能够在太空中存活是一个巨大的惊喜。这为未来的太空实验奠定了基础，我们可以在其中包括受神经退行性疾病影响的其他部分大脑。”该研究的共同资深作者、斯克里普斯研究所再生医学中心创始主任兼名誉教授珍妮·洛林博士（Jeanne Loring, PhD）表示。
研究团队在地球上使用干细胞制造了类器官，这些类器官模拟了多发性硬化症和帕金森病中受影响的皮质和多巴胺能神经元。为了研究微重力对炎症的影响，一些类器官还含有小胶质细胞，这是大脑中的一种免疫细胞。
通常，类器官是在富含营养的液体培养基中培养的，需要频繁更换以确保细胞获得足够的营养并排除废物。研究团队开发了一种技术，在冷冻管中培养比正常尺寸更小的类器官，以避免在国际空间站上的实验室工作。
这些类器官在肯尼迪航天中心的实验室准备后，被装入一个小培养箱送往国际空间站。一个月后返回地球时，研究人员发现它们未受损害。
为了研究太空环境如何影响细胞功能，研究团队比较了这些细胞的RNA表达模式，这是一种衡量基因活性的方法，与留在地球上的相同“地面对照”类器官进行对比。
与地面对照组相比，他们在微重力下培养的类器官发现，与增殖相关的基因水平较低，而与成熟相关的基因水平较高。这表明，暴露于微重力的细胞发育得更快，复制得更少。
“我们在两种类型的类器官中都发现，其基因表达谱特征表明它们处于一个比地面样本更老的发展阶段。在微重力下，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任何关于衰老的信息。”珍妮·洛林博士补充道。
此外，研究团队观察到，与他们的预测相反，微重力下培养的类器官表现出较少的炎症和与压力相关基因的表达减少；然而，还需要进一步的研究来确定其原因。
洛林推测，与在重力存在和标准实验室条件下培养的类器官相比，微重力条件可能更接近脑细胞在大脑中遇到的环境。
“微重力的特性可能也在人们的脑中起作用，因为在微重力下没有对流，换句话说，物质不会移动。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，形成了一些类似‘小脑’的结构，即大脑的微观模型。”珍妮·洛林博士解释道。
自首次太空任务以来，研究团队已经向国际空间站发送了四次更多任务。每次任务都增加了更多的实验，并重现了第一次任务的条件。
洛林总结道：“我们计划下一步研究受阿尔茨海默病影响最大的大脑部分。我们还想了解神经元在太空中的连接方式是否存在差异。进行这类研究时，不能依赖早期的工作来预测结果，因为没有早期的工作。我们可以说是站在‘底层’，但在天空中，却是在‘底层’。”
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