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宇航员“腿软”,微重力惹的祸

本报杭州4月26日讯 (记者 曾福泉 通讯员 周炜) 26日,在浙江大学生命科学学院王金福教授的实验室里,科研人员正在分析一批特殊的细胞样品。18日,它们随我国首颗“实践十号”微重力科学实验卫星返回舱成功返回地球。“实践十号”是在4月6日凌晨于甘肃酒泉卫星发射中心发射升空的。王金福团队的两名博士生3月初就来到酒泉。“细胞要在发射前两天才能从液氮中取出,经解冻、培养,发射前数小时在装置里安装完毕,送上卫星。”王金福说,这一过程要完成的步骤非常多,要求又高,时间表精确到分,所以之前需要反复演练。在4月6日凌晨1时许的西北戈壁,王金福和学生们第一次近距离观看火箭点火升空,承载着科学家们多年心血的“实践十号”卫星成功进入预定轨道。“很快,我就收到了来自北京观测中心的消息,我们的装置已经启动了,第一批诱导培养液开始注入,数据源源不断地发送回来。我心情十分激动。”王金福说。4月18日下午,“实践十号”卫星返回舱成功回收,王金福和学生们又在内蒙古接回实验装置,连夜运回杭州。“实践十号”卫星在太空中共开展19项科学实验,王金福团队的“微重力条件下骨髓间充质干细胞的骨细胞定向分化效应及分子机制研究”项目就是其中之一。王金福告诉记者,太空实验开展得十分顺利,目前正在加紧分析返回的细胞,将在数月后报告成果。王金福团队这项实验旨在更细致地揭示干细胞定向分化为骨细胞的过程。“我们试图验证,在微重力环境下,骨髓间充质干细胞分化为骨细胞的能力会被削弱。”王金福说。骨质疏松是身处太空的宇航员们面临的一个严峻问题。“孕妇是另一个容易发生骨质流失的人群。研究发现,宇航员在太空中一个月遭受的骨质流失,相当于孕妇10个月骨质流失的量。”王金福说。正常人的骨质处在一种动态平衡中,每天骨质流失和生成的量大致相当。科学家们此前的研究表明,宇航员在微重力的环境中,骨质流失加剧。另一方面,骨质的生成有没有削弱呢?美国科学家和王金福团队曾分别在地球上模拟微重力环境开展实验,发现一旦重力不再作用于干细胞,它们分化为骨细胞的能力就降低了。“这一发现表明微重力环境在骨质的流失和生成两个方面同时发生作用,最终使宇航员患上严重的骨质疏松。”王金福说,“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微重力环境中得到详细观察。”正如中科院院士、“实践十号”工程项目首席科学家胡文瑞所说,“我们绝不会重复别人的实验。”“实践十号”的19个实验项目都经过精挑细选。初期入选的项目被淘汰了几个,有了空缺,王金福得知消息,马上把握住了这个宝贵的机会。在太空中开展干细胞实验并不容易。从2012年到2015年,王金福团队和中科院相关科研工程团队一起工作了3年,就是为了研制出一个微波炉大小、15千克重的匣子,里面装着骨髓间充质干细胞、特殊材料制成的支架、盛满培养液的瓶瓶罐罐和密集的管道与线路。进入太空后,一个程序将控制匣子里的装置自动运作,使培养液流动起来,为干细胞提供养分,并排出代谢废物。“与在地面上做实验的感觉完全不同。”王金福感慨地说,要充分考虑到各种细节:管道可能密闭不好,电路可能失效,程序可能出错……比如,实验完毕,卫星返回前,细胞必须低温保存。在实验室里,细胞保存适用于4摄氏度这一标准,任何一个冰箱都能做到。“但是,在卫星上这成了一件奢侈的事情。为了降低能耗,工程团队希望能够把温度提高一点,比如提高到8摄氏度。”在8摄氏度保存可行吗?王金福团队此前从未考虑过这个问题,而现在他们必须作出回答。于是科研团队又专门就此做了一系列实验。王金福提出的理论是,重力作用改变了骨髓间充质干细胞中一些蛋白质的结构,进而影响到它们的活性,最终激活了那些有助于干细胞向骨细胞分化的基因表达;而微重力环境下这一作用不再发生。“我们目前正在检测从空间微重力环境下返回的细胞的蛋白质活性和基因表达水平,如果它们确实降低了,就能佐证这一理论。”王金福表示,这一研究将有望发现一些分子靶点,有助于研发治疗骨质疏松等疾病的药物。(2016-4-27)

中国网事: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。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最常见的骨骼疾病,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最多的国家,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。

  本报讯(记者曾福泉)浙江大学的人体干细胞实验将再度“上天”,目前已通过立项。浙大生命科学学院王金福教授向记者透露,他和学院副院长余路阳教授组成的团队准备的人骨髓间充质干细胞实验项目,有望成为我国载人空间站的首批实验项目之一。

  今年5月在维也纳举行的中国空间站国际合作机会公告发布仪式上,有关专家介绍,中国空间站核心舱计划于2020年前后发射,全站预计于2022年建成并投入运营。中国空间站将在空间生命科学与生物技术、微重力流体物理和燃烧科学、空间天文和天体物理学等8个研究方向、30多个研究主题上开展大规模的空间科学研究和应用。

  浙大生命科学学院这个团队的实验项目即属于空间生命科学领域,旨在揭示微重力环境如何导致人体骨质疏松的原因。

  正常人的骨质处在一种动态平衡中,每天的骨质流失量和生成量大致相当,一旦失衡就会造成骨质疏松。科学家很早就发现,太空的微重力环境会使宇航员的骨质流失加剧。“孕妇是另一个骨质流失量高的人群。研究发现,宇航员在太空中一个月遭受的骨质流失,相当于孕妇10个月骨质流失的量。”王金福说。

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