小瓶中的人类迷你大脑在近地轨道上存活了一段时间,这让科学家们感到惊讶。
美国研究人员发送了实验室培育的人类神经组织斑点2019 年,他们在国际空间站度过了一个短暂的假期。一个月后,他们得到的回报让他们感到惊讶。
经过数周的失重后,这些细胞不仅健康且蓬勃发展,而且比地球上的相同细胞成熟得更快。
“这些细胞在太空中存活下来的事实令人惊讶,”分子生物学家珍妮·洛林说斯克里普斯研究所的。
“这为未来的太空实验奠定了基础,我们可以将受神经退行性疾病影响的大脑其他部分纳入其中。”
国际空间站(ISS)代表了一个独特的研究机会。它为我们提供了一种研究微重力对人体细胞影响的方法,这不仅对占人类极少数的宇航员有影响,而且对地球上人类的健康研究以及作为疾病平台的国际空间站也有影响建模和药物开发。
由国际空间站国家实验室的分子生物学家 Davide Marotta 领导的研究小组着手研究微重力对人脑的影响;特别是受神经退行性疾病(例如多发性硬化症)影响的神经元疾病。
他们在实验室中使用人类诱导多能细胞培养类器官来自健康捐赠者以及患有多发性硬化症和帕金森病的患者。这些干细胞是通过从成年人身上获取正常细胞并将其恢复到细胞分化为特定类型之前的发育阶段而产生的。
然后干细胞被诱导发育成神经元,特别是受这些神经退行性疾病影响的皮质或多巴胺能神经元。
一些类器官还包括称为小胶质细胞的大脑免疫细胞。这样的细胞簇根本没有任何接近感知的东西。
由这些细胞制成的类器官是在地球上专门设计的冷冻管中制备的,并分为两组。有些人留在了地上;有些人则留在了地上。其他的则被发射到太空,并在国际空间站的地球轨道上进行为期一个月的开发。
当这些类器官被带回地球后,研究人员仔细研究了它们,看看它们与留在地球表面的类器官有何不同。
这些类器官能够存活下来并且保持健康,这已经是一个足够大的惊喜了——但地球组和太空组之间也存在显着差异,无论它们是来自健康的捐赠者还是患有神经退行性疾病的患者。
与地球上的类器官相比,太空类器官与细胞成熟相关的基因表达量更大,但与细胞增殖的相关基因表达较少——这表明细胞在太空中复制得更慢,但成熟得更快。
另一个有趣的发现是,在太空中飞行的类器官表达的与压力相关的基因较少,并且表现出的炎症比研究人员根据与地球类器官的比较所预期的要少。这可能是因为微重力比地球重力条件下的小瓶中更接近人类头骨内部的条件。
“微重力的特征可能也在人们的大脑中起作用,因为微重力中没有对流——换句话说,物体不会移动,”洛林说。
“我认为在太空中,这些类器官更像大脑,因为它们不会被一大堆培养基或氧气冲洗。它们非常独立;它们形成类似小脑的东西,是大脑的缩影。 ”
这一有趣的发现表明,微重力可能是大脑类器官比自然环境更自然的条件的代表。通常在地球上进行研究。微重力可以成为研究脑细胞在接近人类大脑在生活中经历的条件下如何对某些压力源或药物做出反应的实验室。
“我们计划做的下一件事是研究大脑中受影响最大的部分疾病,”洛林 说。
“我们还想知道神经元在空间中相互连接的方式是否存在差异。通过此类研究,你不能依赖早期的工作来预测结果会是什么,因为没有早期的工作。我们可以说,它们在底层;在空中,但在底层。”
该研究发表于干细胞转化医学。