來源：中央廣播電視總臺(tái)《中國之聲》
發(fā)布時(shí)間：2025-07-15
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首次利用血管化腦類器官芯片進(jìn)行空間生命科學(xué)研究，探索太空環(huán)境對(duì)大腦結(jié)構(gòu)和功能的影響。
一組相機(jī)存儲(chǔ)卡大小、活的、具有生命力的微型“大腦模型”——血管化腦類器官芯片，靜靜地躺在細(xì)胞培養(yǎng)單元內(nèi)。它像一座微縮的“生命工廠”，內(nèi)部嵌入了包含腦微血管網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)細(xì)胞、免疫細(xì)胞和血腦屏障特征的腦類器官，這些都是人腦中的重要組分，它們共同構(gòu)建了一個(gè)類似人腦的復(fù)雜微環(huán)境。此次將這種腦類器官芯片送到空間站，在微重力、輻射等特殊環(huán)境中進(jìn)行“太空體檢”。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員 秦建華：“一般會(huì)以為芯片會(huì)是硬邦邦的。但它上面要載有非常多活的這樣的細(xì)胞組織，甚至達(dá)到類器官水平，開展多層次水平研究。微網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，紅色和藍(lán)色帶有動(dòng)脈和靜脈類似特征。中間細(xì)胞可以長在一個(gè)腔室當(dāng)中。通過微網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)的灌注，循環(huán)流體，最終形成模擬人體的芯片?？雌饋硭菦]有生命的，當(dāng)你把細(xì)胞腦類器官加在上面，它就是活的。它會(huì)在上面生長，持續(xù)培養(yǎng)它的生長，這也是這個(gè)技術(shù)非常有魅力所在。”
此次秦建華團(tuán)隊(duì)的空間實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為“基于器官芯片技術(shù)的空間環(huán)境對(duì)人體血腦屏障的影響研究”。血腦屏障是大腦獨(dú)特的“智能防護(hù)系統(tǒng)”，由三層精密結(jié)構(gòu)組成，像一支訓(xùn)練有素的護(hù)衛(wèi)隊(duì)守護(hù)大腦的功能穩(wěn)態(tài)和健康。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員 秦建華：“目前為止也是國際上首次利用這樣的血管化腦類器官芯片開展空間生命科學(xué)研究。宇航員在太空特殊環(huán)境中長期駐留，容易出現(xiàn)一些頭暈、睡眠障礙，甚至認(rèn)知功能改變等不良影響。但是這些因素如何影響腦的功能一些具體機(jī)制還不太清楚。這次全新設(shè)計(jì)的腦類器官芯片主要用于在體外模擬人腦的一些主要的結(jié)構(gòu)和功能特征，它的構(gòu)建主要由人干細(xì)胞為來源，另一方面包含非常豐富的腦的微循環(huán)、網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)細(xì)胞、免疫細(xì)胞，以及一些血腦屏障樣的結(jié)構(gòu)和功能特征。通過這樣仿生的模型，我們可以探究在空間特殊環(huán)境，特別是在細(xì)胞組織和器官等多層次對(duì)人腦結(jié)構(gòu)和功能的影響，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)其潛在的一些機(jī)理，能夠?yàn)槿祟愒谔债?dāng)中長期駐留生存和健康保障提供重要的一個(gè)科學(xué)依據(jù)和應(yīng)用價(jià)值?！?/p>
科學(xué)家通過觀察和分析這個(gè)“大腦模型”在太空中的變化，希望能夠揭示太空環(huán)境對(duì)大腦結(jié)構(gòu)和功能的具體影響，并找到可能的干預(yù)靶點(diǎn)。秦建華坦言，從地面研究到空間實(shí)驗(yàn)，在期待科學(xué)上的突破與驗(yàn)證的同時(shí)，也在迎接巨大的挑戰(zhàn)。
秦建華：“特別是因?yàn)轶w內(nèi)的環(huán)境是一個(gè)動(dòng)態(tài)的環(huán)境，包括腦內(nèi)還有復(fù)雜的流體，還有微環(huán)境一些動(dòng)態(tài)的特征，這些在地面上開展都是比較難的。這中間面臨非常大的一些挑戰(zhàn)，除了空間特殊環(huán)境的條件限制，還有針對(duì)工程上的設(shè)計(jì)。我們?cè)谶@樣的芯片上開展實(shí)驗(yàn)，要保證一個(gè)封閉的環(huán)境當(dāng)中，細(xì)胞或者腦類器官要生長得非常好，而且要持續(xù)非常好的功能，保持營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸，保證從工程的一些角度維持它的長期培養(yǎng)和生長，都是面臨的一些挑戰(zhàn)和技術(shù)上考量?！?/p>
作為全球首個(gè)在軌血管化腦類器官芯片空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，它為地外生命研究提供新范式的同時(shí)，其現(xiàn)實(shí)意義也不僅限于關(guān)注空間特殊環(huán)境對(duì)于腦功能的潛在影響。據(jù)悉，后續(xù)預(yù)期的成果有望對(duì)于疾病新療法、藥物研發(fā)等領(lǐng)域帶來一定突破。
秦建華：“在太空環(huán)境當(dāng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)腦血管的一些衰老，包括對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的一些改變；對(duì)于地面上特別對(duì)神經(jīng)退行性疾病的研究、機(jī)理探索、干預(yù)手段發(fā)現(xiàn)甚至藥物研發(fā)都會(huì)有幫助。另一方面更有前瞻性，是希望后續(xù)對(duì)于空間站人類長期的駐留、生存、健康保障，也提供一些前期的科學(xué)依據(jù)。”
首次在太空利用血管化腦類器官芯片進(jìn)行科學(xué)研究，就像一個(gè)高仿真的“大腦實(shí)驗(yàn)室”，意味著我們能夠在體外模擬和觀察組織器官的結(jié)構(gòu)功能變化，也為未來的太空醫(yī)學(xué)、疾病研究和藥物研發(fā)等開辟了新的道路。
在人類的太空探索之旅中，航天員不僅需要面對(duì)和克服的是多種生理挑戰(zhàn)。其中，脂代謝紊亂等慢性疾病的加速發(fā)展以及肌肉萎縮問題也尤為突出。為了深入理解這些現(xiàn)象并尋找解決方案，科研人員進(jìn)行了大量研究。有關(guān)的內(nèi)容也包含在此次航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn)等科學(xué)載荷中。
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