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如何解决宇航员腿软

发布时间:2019-03-14 03:11:03

中国事:如何解决宇航员“腿软”?天舟一号空间科学实验或将给出解答

新华社杭州4月28日新媒体专电27日晚,天舟一号飞行任务取得圆满成功,空间实验室飞行任务实现完美收官。浙江大学王金福团队正在对传输回地球的人骨髓间充质干细胞太空影像进行观察分析,这一项实验将能够解答,太空微重力环境下人体骨钙的流失机制,科学家将在实验基础上找到治疗靶点,找出骨质疏松的预防和治疗方案。

宇航员为何“腿软”?

宇航员在经历了一段时间的太空飞行回到地球后,往往会感觉“腿软”,难以站立,这是因为航天员的身体出现了骨钙的大量流失。

在正常情况下,人体内的骨质总是保持着动态平衡,生成量和流失量基本一致。

如何解决宇航员腿软

但在太空微重力环境下,这一平衡被打破,骨质疏松是宇航员普遍面临的问题。

“宇航员的骨质疏松是由于骨量丢失增加和生成量的减少共同造成的。”浙江大学生命科学学院教授王金福说。去年,王金福团队就将一批人骨髓间充质干细胞送上“实践十号”微重力科学实验卫星,研究人员分析发现,经历过太空飞行的干细胞不能够分化成骨细胞,转而分化成脂肪细胞。

“孕妇是骨质流失较为普遍的人群,但宇航员在太空中一个月骨质流失就相当于孕妇10个月骨质流失的量。”研究人员表示,由于骨质生成的速度较慢,即便是宇航员返回地面,骨质疏松的症状还会持续较长一段时间。

王金福说,虽然研究人员对宇航员“骨质疏松”的现象已经有了科学结论,但干细胞定向分化为骨细胞的过程,还一直没有在真正的太空环境中得到详细观察,本次天舟一号上的实验就将对干细胞进行7天时间的“天地”对照观察。

上万个人骨髓间充质干细胞上天

跟着天舟一号飞天的这批干细胞,将与飞船一样,不再返回地球。天舟一号上搭载的生物反应器是一个微波炉大小、15千克重的匣子,其中有24个“工位”,两个“工位”装载了上万个人骨髓间充质干细胞。当天舟一号与天宫二号对接后,反应器就开始工作。

在实验期间,反应器通过密集的管道将培养液输送给干细胞,并排出废液,反应器装载的显微摄像器则能够实时将干细胞的图像、影像资料传回地面。在太空做实验,要考虑管道密闭性、细胞如何保存等等众多细节,光是为了研制出可靠的生物反应器,科学家就花了3年时间。

“这次的实验要实时观察细胞形态、细胞结构,特别是干细胞中关键蛋白的分布,力学信号是如何从细胞外传导到细胞内部的。”研究人员介绍说,在地球上,细胞受到力的作用,形态发生改变,细胞内部的蛋白会聚集形成黏着斑,这些黏着斑将诱导激活相关酶的活性,诱导干细胞分化成骨细胞。

在这七天中,研究人员同时在地面实验室中进行了相关的对照实验。“如果太空组干细胞中的蛋白黏着斑减少了或是没能形成,就会直接影响到细胞的分化。”王金福说。

据研究人员对太空图像的初步观测和分析来看,干细胞在太空中正常存活,结果符合实验预期。

研究成果有望治疗骨质疏松

人骨髓间充质干细胞实验,解决的不仅仅是宇航员为什么“腿软”的问题。实际上,人骨髓间充质干细胞在微重力环境下不分化成骨细胞,反而分化成脂肪细胞的特性,与骨质疏松的症状非常类似。

骨质疏松是中老年人尤其是女性常见的骨骼疾病,也是导致骨折的重要原因之一,大大增加了老年人的致残率和致死率。国际骨质疏松基金会于2013年发布报告称,中国已成为世界上骨质疏松患者多的国家,50岁以上人群发病率约为15.7%。

研究清楚了骨质疏松的分子机制,就能够发现关键靶点,有望解答骨质疏松能否预防、如何有效治疗等等问题。

“例如可以针对人骨髓间充质干细胞的关键信号分子设计药物,专门调节关节信号分子,提高细胞内分化酶的活性。”王金福说,研究团队已经在实验室用小分子物质调节,在失重环境中增加了骨细胞的生成。这一成果,将有望应用于缓解、治疗骨质疏松。

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