天舟一号上(shàng)天特殊任務：研究如何對付骨質疏松

資料圖：天舟1号發射瞬間(jiān)

天舟一号雖然是貨運飛船(chuán)，卻也承載了不少(shǎo)科學實驗。其中就包括要搞明(míng)白宇航員在太空(kōng)會(huì)骨質疏松究竟是怎麽回事？科學家(jiā)們還(hái)要進行(xíng)抗失重情況下的骨質疏松新藥開(kāi)發。為(wèi)什麽要去太空(kōng)進行(xíng)這方面的研究？那(nà)裏的實驗和(hé)在地面實驗有(yǒu)何不同？

宇航員在太空(kōng)會(huì)骨質疏松，他們要搞明(míng)白是為(wèi)什麽

天舟一号飛向太空(kōng)時(shí)裝載了超過6噸的物資與設備，這其中有(yǒu)一個(gè)來(lái)自浙江的生(shēng)命科學項目：浙江大(dà)學生(shēng)命科學學院王金福教授團隊實驗室的人(rén)骨髓間(jiān)充質幹細胞，将搭載天舟一号進入太空(kōng)，開(kāi)展骨細胞定向誘導分化實驗。這個(gè)實驗将探究太空(kōng)微重力環境對幹細胞分化潛能影(yǐng)響的原因，在世界上(shàng)尚屬首次。

王金福實驗室的幹細胞，是第二次飛向宇宙了。去年4月，專為(wèi)科研設計(jì)的中國首顆微重力科學實驗衛星“實踐十号”上(shàng)搭載的19位“乘客”中，其中就有(yǒu)王金福課題組的兩組、大(dà)約50萬個(gè)人(rén)體(tǐ)幹細胞。科學家(jiā)想搞明(míng)白：在微重力環境下，骨髓中幹細胞生(shēng)成骨細胞的過程，有(yǒu)什麽異常。

對這種“異常”進行(xíng)探索的最初動力是，自從1961年人(rén)類首次沖出地球後，所有(yǒu)宇航員剛回到地球，有(yǒu)好一段時(shí)間(jiān)都“腿軟”，不要說走路，站(zhàn)也站(zhàn)不起來(lái)。僅僅因為(wèi)重力環境的改變，好漢都不得(de)不服軟？一定是維持生(shēng)命工作(zuò)的細胞發生(shēng)了什麽變化。

王金福團隊的兩組培養單元裏的細胞任務周期不同：一組隻需要2天；另一組則進行(xíng)7天實驗。兩組幹細胞同時(shí)開(kāi)始在誘導液的作(zuò)用下，在天上(shàng)進行(xíng)骨細胞誘導分化。這個(gè)過程，完全模拟了人(rén)體(tǐ)內(nèi)幹細胞分化成骨細胞的過程，也就是長骨鈣的過程。第一組完成兩天誘導後，形成的新細胞被自動裂解并低(dī)溫保存；第二組完成一周誘導後，形成的新細胞被固定并低(dī)溫保存。

“通(tōng)過分析我們發現，第一個(gè)單元的細胞狀态表明(míng)，幹細胞到了太空(kōng)，促使骨細胞分化相關的基因和(hé)蛋白表達水(shuǐ)平的活性降低(dī)了；第二個(gè)單元裏，幹細胞變成骨細胞的量，比地球上(shàng)做(zuò)的比對實驗産生(shēng)的量要少(shǎo)得(de)多(duō)。”

科學家(jiā)們此前的研究表明(míng)，宇航員在微重力的環境中，骨質流失加劇(jù)。王金福團隊的實驗證明(míng)，在太空(kōng)微重力環境下，不僅人(rén)會(huì)丢失骨鈣，就連形成骨鈣的機制(zhì)也發生(shēng)了問題。

王金福團隊是全球第一個(gè)通(tōng)過太空(kōng)實際微重力實驗，證明(míng)這個(gè)結論的團隊。

“實踐十号的實驗結果分析表明(míng)，微重力環境下，骨質的流失和(hé)生(shēng)成兩個(gè)方面同時(shí)發生(shēng)作(zuò)用，最終使宇航員患上(shàng)嚴重的骨質疏松。”王金福說，“但(dàn)幹細胞定向分化為(wèi)骨細胞的過程，還(hái)一直沒有(yǒu)在真正的太空(kōng)微重力環境中得(de)到直觀的詳細觀察。”

所以幹細胞，又要上(shàng)天了。在火(huǒ)箭發射前24小(xiǎo)時(shí)，王金福團隊将把4個(gè)單元的幹細胞（大(dà)約1000至10000個(gè)細胞）放入培養皿裏。發射前5小(xiǎo)時(shí)，這些(xiē)細胞被裝入反應器(qì)，入駐貨運飛船(chuán)。

跟着天舟一号飛天的這批幹細胞，與飛船(chuán)一樣，不再返回地球。當天舟一号與天宮二号對接後，反應器(qì)會(huì)開(kāi)始工作(zuò)。細胞們在太空(kōng)中的一舉一動，會(huì)被地球上(shàng)的科學家(jiā)實時(shí)觀察到。

空(kōng)間(jiān)實驗的方法和(hé)地面實驗的不太一樣

此外，這次清華大(dà)學陳國強團隊也将在天舟一号上(shàng)開(kāi)展有(yǒu)關抗失重情況下的骨質疏松新藥開(kāi)發的一系列科學實驗。

該實驗所驗證的藥物是血液中天然代謝産物酮體(tǐ)的主要成分：3-羟基丁酸（3HB）。此前，科研人(rén)員已經在地面上(shàng)進行(xíng)了多(duō)年的細胞和(hé)動物實驗，證明(míng)了其有(yǒu)促進成骨細胞生(shēng)長、遏制(zhì)破骨細胞的作(zuò)用，對地面和(hé)微重力模拟狀态下的骨質疏松治療效果很(hěn)明(míng)顯。這次是3HB首次作(zuò)為(wèi)用于治療骨質疏松的藥物進行(xíng)空(kōng)間(jiān)微重力實驗。

究竟如何實驗？首先需要觀察3HB處理(lǐ)後，對于成骨破骨細胞、骨生(shēng)物力學性質的作(zuò)用，觀察其對于骨質疏松的預防效果。接着，在地面上(shàng)，采用鼠尾懸吊模型，模拟微重力環境誘導骨質疏松，研究3HB對于骨微觀結構的影(yǐng)響，初步确定其體(tǐ)內(nèi)藥效作(zuò)用。然後，才在天舟一号上(shàng)的真實微重力環境下，于細胞水(shuǐ)平上(shàng)研究3HB對于微重力誘導骨質疏松的治療效果。最後，還(hái)需要探索天舟一号貨運飛船(chuán)發射前後的地基匹配實驗，為(wèi)真實微重力環境下細胞藥效實驗的開(kāi)展摸索并優化實驗條件，保證空(kōng)間(jiān)3HB作(zuò)為(wèi)骨質疏松潛在藥物研究的順利完成。

整個(gè)實驗過程，空(kōng)間(jiān)實驗的方法和(hé)地面實驗的不太一樣。在地面動物實驗中，采用了鼠尾懸吊的實驗方法。通(tōng)過把小(xiǎo)鼠後肢懸吊，在後肢産生(shēng)一個(gè)無重力效果，導緻後期小(xiǎo)鼠後肢骨質疏松。通(tōng)過灌注3HB的對照，懸吊的後肢骨質疏松顯現消失。但(dàn)是本次天舟一号并不載人(rén)，因為(wèi)沒有(yǒu)人(rén)照顧動物，也就無法帶動物上(shàng)去，所以這次空(kōng)間(jiān)實驗的對象是細胞，觀察成骨細胞在微重力的條件下是否能在3HB的作(zuò)用下促進生(shēng)長。

而且，作(zuò)為(wèi)貨運飛船(chuán)，将不再返回地面，所以隻能通(tōng)過遙控顯微鏡對成骨細胞的生(shēng)長在有(yǒu)3HB和(hé)無3HB的條件下進行(xíng)觀察，并從發回來(lái)的照片中獲知實驗結果。

那(nà)麽，為(wèi)什麽一定要去太空(kōng)研究抗骨質疏松藥物？專家(jiā)表示，這是因為(wèi)在地面上(shàng)已經通(tōng)過模拟失重狀态的方法進行(xíng)了一些(xiē)實驗，但(dàn)是航天員在航天飛行(xíng)時(shí)所處的環境及所受的影(yǐng)響比較複雜，地面模拟實驗是無法完全模拟的。利用天舟一号所提供的空(kōng)間(jiān)真實微重力環境，可(kě)以研究骨質流失幹預藥物3HB在真實太空(kōng)微重力環境下的成骨作(zuò)用；同時(shí)，通(tōng)過對比地面模拟失重和(hé)太空(kōng)真正失重兩套系統得(de)到的數(shù)據，可(kě)以做(zuò)出更為(wèi)準确的判斷，對微重力模拟實驗領域的研究方法提供一些(xiē)新的看法和(hé)建議。

我國骨質疏松症患者

現有(yǒu)約9000萬

宇航員因為(wèi)失重環境而無法正常産生(shēng)骨鈣；地球上(shàng)的人(rén)，随着年齡增長，同樣會(huì)出現“腿軟”的問題。因為(wèi)，目前全世界的補鈣産品，都還(hái)不能真正有(yǒu)效地幫助骨鈣産生(shēng)。而在骨鈣既不能正常生(shēng)成又在不斷流失的情況下，僅僅通(tōng)過鍛煉是不夠的。

一個(gè)事實可(kě)以證明(míng)這一說法。從2015年3月27日開(kāi)始的340天，美國航天局宇航員斯考特·凱利在國際空(kōng)間(jiān)站(zhàn)工作(zuò)了近一年。這一年，他成了網紅——幾乎每天在社交平台上(shàng)和(hé)地球上(shàng)的人(rén)們互動。除了拍攝地球上(shàng)各個(gè)角落的圖片，展示空(kōng)間(jiān)實驗，他展示最多(duō)的是他“練塊兒”的照片。但(dàn)就算(suàn)練出馬甲線、人(rén)魚線，斯考特大(dà)叔也隻能暫緩外太空(kōng)中骨細胞急劇(jù)減少(shǎo)的狀況。回到地面後還(hái)是有(yǒu)好幾天他是站(zhàn)不起來(lái)的。

就算(suàn)你(nǐ)此生(shēng)不想去太空(kōng)，你(nǐ)在地球上(shàng)也有(yǒu)可(kě)能面臨同樣的窘境。據統計(jì)，我國現約有(yǒu)9000萬骨質疏松症患者，60歲以上(shàng)老年人(rén)的骨質疏松發生(shēng)率達56%，絕經後婦女更是高(gāo)達60%至70%。有(yǒu)專家(jiā)認為(wèi)，随着人(rén)口的日益老齡化，骨質疏松症的發病率還(hái)會(huì)同步增長，預計(jì)到2050年将可(kě)能激增至2億多(duō)人(rén)。

骨質疏松症是一種全身性代謝骨病，表現主要為(wèi)疼痛、身材變矮、易發生(shēng)骨折，這是目前世界上(shàng)絕經後婦女、中老年人(rén)中發病率、死亡率及保健費用消耗較大(dà)的疾病之一。它也被稱為(wèi)“無聲殺手”，是因為(wèi)人(rén)們無法感覺到骨質的慢慢流失，多(duō)數(shù)人(rén)沒有(yǒu)明(míng)顯症狀，而随着年齡增加，骨鈣在不斷流失，其巨額防治費用以及患者在日常生(shēng)活中對家(jiā)庭成員的依賴，将給社會(huì)造成沉重的負擔。