微型太空生长器官能否成为我们的“癌症登月计划”？

科学家表示，他们正在太空中培育“类器官”，以更好地了解癌症、神经系统疾病和衰老，并有望找到治疗方法。

目前，在太空中，科学家们正在培育微型的三维人体器官模型。看似科幻电影开头的场景实际上是一种相对较新的研究应用，这种研究已经突破了地球上的发现界限。 

从微小的、跳动的心脏到“迷你大脑”，所谓的类器官通常是从人类干细胞中生长出来的，在生长化学物质混合物的帮助下，可以被推动自组织成类似于人体组织的 3D 结构。 与小鼠或猴子等传统动物模型不同，类器官使科学家能够更准确地重建人体器官的独特复杂性。因此，这些微小的器官可以帮助揭示哪些化合物真正对人体有效、哪些无效，从而加速药物开发。  

类器官研究可以说是超乎寻常的——在某些情况下，确实如此。

自 2019 年以来，国际空间站 (ISS) 上一直在培育微型器官模型，包括大脑、心脏和乳房。但这项研究提出了一个问题：为什么科学家要在太空中制造微型器官？

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微重力下老化的类器官

原因之一是，恶劣的太空环境可以帮助科学家研究影响地球上人类的衰老和相关疾病。  

Alysson Muotri 是加州大学圣地亚哥分校 (UCSD) 的儿科教授，多年来一直将人类干细胞送往国际空间站，目标是培育人类干细胞模拟各种疾病的大脑类器官。诸如阿尔茨海默氏病之类的疾病可能需要数十年的时间才能在人体内形成，但研究表明，太空中的低重力会加速细胞的衰老。因此，通过在微重力下研究大脑类器官，科学家们可以查明与年龄相关的变化是如何发生的，并帮助设计预防这些变化的治疗方法。  

许多模拟衰老大脑的方法都涉及到对实验室培养皿中的神经元施加压力，例如添加某些化学物质。然而，穆特里告诉《生活科学》杂志，这些实验并没有捕捉到随着身体衰老而真正发生的情况。 “你的大脑中不会像一连串的分子那样让你一夜之间变老，”他说。

该团队的类器官研究受到美国宇航局双胞胎研究的启发，在此期间，宇航员斯科特·凯利太空旅行了一年，而他的同卵双胞胎兄弟马克则留在地球上。当斯科特回来时，与他的兄弟相比，他表现出认知能力下降的迹象；例如，他发现学习和记忆东西变得更加困难。

穆特里说，目前尚不清楚为什么会出现这些影响。一种理论认为，这可能是因为微重力降低了端粒酶的活性，端粒酶有助于逆转DNA片段在我们末端的自然过程。他说，随着年龄的增长，染色体会缩短。 DNA 末端的这些小端粒被称为端粒，由于缩短的端粒与衰老有关，一些科学家认为延长端粒可以对抗衰老并延长人类寿命。 

在即将发表的论文中，穆特里的团队将全面描述大脑类器官在国际空间站上的表现，但穆特里说，从他们目前所知，已经返回地球的类器官正在显示出加速衰老的迹象。大脑类器官显示出神经系统疾病的特征，例如变性和细胞应激，常见于几种情况。这使得研究人员能够测试治疗这些疾病的新候选药物，并取得了有希望的早期发现。 

穆特里说：“第一篇论文将报道在太空中发现的第一种治疗脑部疾病的药物。”不过，确切的发布日期尚未确定。

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太空中的微小肿瘤

美国宇航局的双胞胎研究还启发了加州大学圣地亚哥分校的另一个研究小组在太空中培养类器官，但它们不是微型大脑，而是微小的肿瘤。该团队由博士领导。卡特里奥娜·贾米森，医学教授。 

返回地球后，斯科特·凯利被发现有端粒缩短、DNA 损伤和血液中信号分子的迹象，这些信号分子已知会激活某些基因，从而使癌症生长和扩散。贾米森告诉《生活科学》杂志，这表明太空中的压力条件可能会以某种方式刺激癌症生长，因此可能成为研究疾病如何发展的良好模型。 

研究小组首先将血液干细胞发送到太空，仅仅一个月后，这些细胞就显示出与癌症相关的基因突变被开启的迹象。这些变化与细胞的异常生长和分裂有关。 

随后，研究人员利用私人Axiom Mission 1将一批白血病、结肠癌和乳腺癌的肿瘤类器官模型送入太空。他们发现模型在船上时也“急剧”增长。类器官内的细胞还开启了一种名为 ADAR1 的基因，该基因编码一种被认为允许癌症繁殖的酶。在另一项实验中，研究小组证明两种抑制 ADAR1 的药物——fedratinib 和 rebecsinib——可以减缓微型肿瘤的生长。 

现在，作为 2024 年 1 月向国际空间站发射的最新任务的一部分，该团队正在更多乳腺癌类器官中测试这些药物的抗癌潜力。  

Jamieson 说：“我们非常高兴与 NASA 合作，努力加速世界上第一个 ADAR 抑制剂的开发，这是一种静脉注射的小分子。” 

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太空类器官的未来

这项研究既是为了保护地球上的人们，也是为了帮助太空中的宇航员。例如，有一天，贾米森设想，参加商业太空飞行的人们可以在出发前服用一粒药丸，以保护血液中的干细胞免于癌变。回到地球，研究人员利用他们在太空中的发现，计划在今年晚些时候启动瑞贝西尼的临床试验，以针对骨髓纤维化，这是一种使骨髓疤痕的血癌。 

其他研究人员已经利用了此类外星研究的潜在双重好处。其中包括华盛顿大学药学院副教授Catherine Yeung，她的团队一直在研究太空中加速老化的环境如何影响肾脏。 

Yeung 的团队使用的不是类器官，而是另一种不同的人体组织模型，称为“芯片器官”设备。这项技术在信用卡大小的设备上模仿人体组织，被视为类器官的补充。

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“如果我们能够从太空中学到一些东西来帮助我们治疗地球上的情况，我认为这就是首要目标——我不知道我们需要选择其中之一，”杨告诉《生活科学》。 

穆特里说，在国际空间站上种植类器官与在地球上种植类器官有很大不同。他说，例如，你可以拥有的实验室设备数量有限，而且总是存在火箭发射在最后一刻被取消的风险。贾米森说，将类器官带回地球也可能相当“危险”，因为航天器携带的负载通常会降落在海洋中。 

尽管如此，专家们希望利用这些类器官来突破新的发现领域。 

“我对在太空工作感到很兴奋，”贾米森说。 “我认为这是一个名副其实的癌症登月计划，我们已经找到了癌症杀死开关。”