未来前往月球或火星的宇航员最终有可能利用在飞船或行星栖息地内种植的植物来生产某些药物。加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发出一种方法，可以在不破坏活体植物的情况下从中收获药物化合物。
长期以来，为宇航员提供足够的药物一直是任务规划者关注的问题。深空旅行面临的挑战在近地轨道上并不存在，因为在那里，货运任务可以定期运送新鲜补给。在持续数月或数年的旅程中，每一种资源都必须精心管理。
植物已被预期将在未来的探索努力中发挥重要作用。它们可以帮助回收二氧化碳、产生氧气并补充食物供应。一项新研究表明，它们还可以充当紧凑的药物工厂，用相对较少的资源生产治疗性化合物。
一种具有医疗前景的植物病毒
这项研究发表在《npj 植物科学》上，重点研究了豇豆花叶病毒（CPMV），这是一种天然感染豆科植物的病毒。虽然它以植物病原体而闻名，但加州大学圣地亚哥分校的科学家已经花了十多年时间研究CPMV的另一个方面：其在癌症治疗中的潜在用途。
该团队报告说，CPMV可以刺激免疫系统攻击癌细胞。此前在小鼠身上进行的临床前研究以及涉及犬类癌症患者的临床研究已经显示出对抗肿瘤的令人鼓舞的结果。
为了生产这种病毒，研究人员使用了本氏烟和黑眼豆植物。这些物种可以在短时间内产生大量生物质，使其成为药物生产的有吸引力的候选者。
在植物体内种植CPMV相对简单。然而，提取它却是一个更大的挑战。传统方法需要收割叶片并将其研磨成植物浆液，然后才能分离出所需化合物。
“最终你会得到一种看起来像奶昔的东西，可以想象，要从那种奶昔中提取产品是很有挑战性的，”加州大学圣地亚哥分校的博士后研究员、该研究的第一作者帕特里克·奥普登施泰嫩在由大学发布的一份声明中说。他补充说，通常用于此过程的设备会占满整个实验室，在航天器上不实用。
一种更温和的植物化合物收获方法
研究人员通过使用“产物分泌”简化了生产，这是一种常用于细菌和哺乳动物细胞的药物技术，用于收集释放到细胞区室中的产物。他们瞄准了植物的“质外体”，即质膜外相互连接的空间网络。
该过程包括将叶片浸入缓冲溶液中，并施加真空以用液体填充质外体。然后将叶片转移到小瓶中，低速离心以提取富含CPMV颗粒的液体。过滤去除植物碎片，同时保留较大的病毒颗粒。
一个关键优势是叶片保持完整，允许植物继续生长并再次收获，而不是被丢弃。研究人员展示了可扩展性，在不到两小时内从50多株植物中收获并纯化了CPMV颗粒，证明了该方法快速处理大量植物的能力。
在类似太空的条件下测试
该团队还想知道该系统在类似太空的环境中会如何表现。与加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系的马齐亚尔·加齐内贾德教授及其同事合作，研究人员使用了一台定制的随机定位机器。该装置连续旋转植物，以有效模拟微重力条件。
“植物在压力下更容易感染疾病，这通常是一个不利因素，”奥普登施泰嫩说。“但由于我们的产品来自植物病毒，我们可以利用这种应激反应来提高产量。”
这项研究解决了此前在国际空间站上进行的工作所强调的一个问题。研究人员指出，许多药物在太空中的降解速度更快，超过一半的药物在三年内过期。对于前往火星的任务，单程旅行可能需要六到九个月，维持可靠的药物有效供应仍然是一个重大挑战。
“有了植物，你可以利用光、水和土壤来种植复杂的治疗化合物，”加州大学圣地亚哥分校阿伊索·余风·李家族化工与纳米工程系的利奥和特鲁德·斯齐拉德校长讲座教授妮可·斯坦梅茨说。
研究团队正在继续研究太空条件如何影响植物生长和药物生产，为未来在太空飞行环境中的测试做准备。
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