為什么科學(xué)家要在太空中培育人體器官？

人們?cè)谔窄h(huán)境下，零重力可能會(huì)影響人體器官正常生長(zhǎng)，這就是為什么太空實(shí)驗(yàn)頗有價(jià)值，宇航員在國(guó)際空間站進(jìn)行了一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從生物科學(xué)的新視角去探索人體組織的生長(zhǎng)之謎。

重力通過(guò)影響蛋白質(zhì)和基因在細(xì)胞內(nèi)的相互作用，從而干擾細(xì)胞行為，產(chǎn)生極化組織，這是自然器官發(fā)育的一個(gè)基本步驟。然而，當(dāng)我們?cè)噲D在實(shí)驗(yàn)室為醫(yī)學(xué)移植復(fù)制復(fù)雜三維組織時(shí)，重力對(duì)發(fā)育進(jìn)程進(jìn)行了干擾。

實(shí)驗(yàn)室培育人體器官和組織

為了在實(shí)驗(yàn)室培育器官組織，科學(xué)家使用支架提供一個(gè)細(xì)胞表層，附加在預(yù)先確定的剛硬結(jié)構(gòu)上。例如：一個(gè)人造腎臟需要特定結(jié)構(gòu)或者支架來(lái)供給腎臟細(xì)胞生長(zhǎng)。的確，這種策略有助于人體組織在早期階段形成，但長(zhǎng)期來(lái)看存在一些問(wèn)題，例如：人工合成支架或者錯(cuò)誤的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生終極免疫反應(yīng)。

相比之下，在失重條件下，細(xì)胞可以自由組織成正確的三維結(jié)構(gòu)，而不需要支架基質(zhì)。在太空零重力條件下，研究人員發(fā)現(xiàn)人體組織生長(zhǎng)的可能新方式，例如：不使用支架生長(zhǎng)的軟骨和血管，在人工環(huán)境中模擬它們的自然細(xì)胞排列，雖然這并不是在子宮中發(fā)育過(guò)程（畢竟子宮也會(huì)受到重力影響），但太空零重力環(huán)境對(duì)于研究人體器官組織生長(zhǎng)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

國(guó)際空間站正在進(jìn)行該項(xiàng)研究，目前宇航員整操作一系列實(shí)驗(yàn)用來(lái)研究?jī)?yōu)化組織生長(zhǎng)，分析基礎(chǔ)科學(xué)、個(gè)性化醫(yī)學(xué)和器官移植。但我們?cè)谔窄h(huán)境中培育器官組織還有其他原因，長(zhǎng)期太空任務(wù)會(huì)使宇航員的身體發(fā)生一系列生理變化，隨著時(shí)間的推移，人體一些生理變化是可逆的，而另一些則不然，這將危及未來(lái)的人類航天飛行。

研究宇航員執(zhí)行太空任務(wù)前后的身體狀態(tài)，可以揭示他們的器官出現(xiàn)怎樣的變化，但對(duì)于造成觀察到變化的機(jī)制，卻無(wú)法解釋其形成原因。因此，在太空中生長(zhǎng)人體組織可以補(bǔ)充此類研究，并有助于探索解決方案。

目前我們所知的所有生命形式都是在微重力環(huán)境下進(jìn)化的，如果沒(méi)有重力，我們的大腦可能會(huì)以不同軌跡進(jìn)化，或者我們的肝臟可能不會(huì)像在地球生活期間那樣過(guò)濾體內(nèi)毒素。

通過(guò)在太空環(huán)境中重建胚胎器官的形成過(guò)程，我們可以預(yù)測(cè)人體子宮胚胎如何發(fā)育。在國(guó)際空間站，宇航員的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行一些有關(guān)人腦有機(jī)器官的研究，旨在了解零重力對(duì)人類大腦發(fā)育的影響。這些項(xiàng)目將對(duì)未來(lái)人類殖民太空具有深遠(yuǎn)意義，同時(shí)，這些研究還將不斷改善人造器官質(zhì)量，更好地適應(yīng)藥物測(cè)試和治療。