穆奧特里實(shí)驗(yàn)室培育的一些大腦類器官。圖片來源：穆奧特里實(shí)驗(yàn)室

自2019年以來，科學(xué)家已經(jīng)在國際空間站上培育出了包括人類的大腦、心臟和乳房在內(nèi)的多個“類器官”模型。這些類器官通常利用人類干細(xì)胞培育而成，在一系列化學(xué)生長物質(zhì)的幫助下，干細(xì)胞可發(fā)育成類似人體組織的三維結(jié)構(gòu)。與老鼠或猴子等傳統(tǒng)動物模型不同，類器官使科學(xué)家能更準(zhǔn)確地重現(xiàn)人類器官的獨(dú)特復(fù)雜性。

美國趣味科學(xué)網(wǎng)站在近日的報道中指出，這些類器官有助科學(xué)家揭示癌癥、神經(jīng)疾病和衰老的秘密，并在此基礎(chǔ)上找到更好的療法。這些類器官也有助找到哪些化合物對人體有效，從而加速藥物研發(fā)進(jìn)程。

厘清衰老根源

科學(xué)家為什么要在太空培育類器官呢？

其中一個原因在于，極端的太空環(huán)境可幫助他們研究人類衰老與疾病的關(guān)系。

多年來，美國加州大學(xué)圣迭戈分校阿利松·穆奧特里教授一直致力于將人類干細(xì)胞送往國際空間站，以培養(yǎng)模擬各種大腦疾病的類器官。

他解釋稱，阿爾茨海默病等疾病發(fā)作之前，可能已在人類身上潛伏了幾十年。但研究表明，太空中的微重力環(huán)境會加速細(xì)胞衰老過程。因此，通過在微重力條件下研究大腦類器官，他們可確定與衰老相關(guān)的變化是如何發(fā)生的，并據(jù)此設(shè)計(jì)出預(yù)防這些變化的療法。

穆奧特里團(tuán)隊(duì)的類器官研究受到了美國國家航空航天局開展的雙胞胎研究的啟發(fā)。在雙胞胎研究中，宇航員斯科特·凱利前往太空一年，其同卵雙胞胎兄弟斯科特·馬克則留在地球上。當(dāng)凱利返回地球后，與其兄弟相比，他出現(xiàn)了認(rèn)知能力下降的跡象。例如，他發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)和記憶變得越來越困難。

在即將發(fā)表的一篇論文中，穆奧特里團(tuán)隊(duì)將描述其培育的大腦類器官在國際空間站上的表現(xiàn)。他指出，這些大腦類器官出現(xiàn)了神經(jīng)系統(tǒng)疾病的特征，如退化和細(xì)胞應(yīng)激。

揭示癌癥秘密

加州大學(xué)圣迭戈分校醫(yī)學(xué)教授凱特麗奧娜·賈米森團(tuán)隊(duì)目前也在太空培育類器官，但培育的不是迷你大腦，而是微型腫瘤。

研究發(fā)現(xiàn)，回到地球后，凱利的血液出現(xiàn)了端粒縮短、DNA損傷以及一些信號分子的跡象。這些信號分子據(jù)信會激活某些基因，使癌癥生長并擴(kuò)散。

賈米森表示，這表明太空中的壓力條件可能會以某種方式刺激癌癥的生長。因此，在太空培育的微型腫瘤或能更好地揭示癌癥是如何惡化的。

賈米森團(tuán)隊(duì)首先將血液干細(xì)胞送入太空，僅一個月后，這些細(xì)胞就顯示出癌癥相關(guān)基因開啟突變的跡象。這些突變與細(xì)胞的異常生長和分裂有關(guān)。研究人員隨后將一組白血病、結(jié)腸癌和乳腺癌腫瘤類器官模型送入太空。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些模型在太空也“快速”生長。類器官內(nèi)的細(xì)胞還打開了ADAR1基因，該基因負(fù)責(zé)編碼可讓癌細(xì)胞繁殖的酶。

在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)證明，兩種ADAR1抑制劑——菲卓替尼和瑞貝西尼可減慢小型腫瘤的生長速度。

今年1月，研究團(tuán)隊(duì)又向國際空間站發(fā)射了一些癌癥類器官模型，以測試藥物在更多癌癥類器官中的抗癌潛力。

研究太空疾病

賈米森表示，這些類器官研究既能造福地球上的居民，也對執(zhí)行太空任務(wù)的宇航員有益。

例如，未來執(zhí)行太空任務(wù)的宇航員出發(fā)前可服用一片藥丸，以保護(hù)他們的血液干細(xì)胞不發(fā)生癌變。此外，利用他們在太空中的發(fā)現(xiàn)，研究人員計(jì)劃在今年晚些時候開啟一項(xiàng)針對骨髓纖維化的臨床試驗(yàn)。

華盛頓大學(xué)的一個團(tuán)隊(duì)則另辟蹊徑，一直在研究太空這種能讓人加速衰老的環(huán)境對腎臟的影響。不過，該團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)的是另一種人體組織模型——芯片器官。芯片器官是指在芯片上培育特定組織的細(xì)胞，其能模擬人體器官的生理狀況。科學(xué)家已用這樣的芯片對肺部、腎臟等許多器官進(jìn)行了模擬。

穆奧特里表示，在國際空間站上培育類器官與在地球上培育類器官大相徑庭。首先，在國際空間站上開展實(shí)驗(yàn)總會受到設(shè)備和條件的限制。此外，將類器官送回地球也可能面臨極大的不確定性，因?yàn)楹教炱鲾y帶的載荷經(jīng)常容易降落在海洋中。盡管如此，科學(xué)家們還是希望利用這些類器官來獲得新發(fā)現(xiàn)。