[科普中国]-失重环境下人体组织的再生有望变快

2018年上映的电影《毒液》取得了不错的票房，电影的主角是一位特殊的“寄生软体星人”，它拥有令人羡慕的身体自愈能力，即便被打成肉泥或是一滩水但是只要有足够的时间他就可以恢复。而最近有研究表明在微重力（失重）的环境下，人体的再生速度也有望加快！

大家都知道蝾螈是一种具有极强再生潜能的脊椎动物，最近一篇关于12项太空飞行实验和模拟微重力研究数据的最新综述表明微重力对蝾螈体内依赖干细胞的组织再生过程没有负面影响。相反，他们发现一些组织再生速度更快，更有生命力。这些有价值的体内数据对于理解和控制太空中人体组织修复和再生能力有着重要意义，相关综述文章于近日发表在《Stem Cells and Development》上。这么有意思的实验在地球上可是很难开展的，实际上，这种研究属于空间生命科学与生物技术领域的范畴，那么你了解这个领域吗？

空间生命科学与生物技术是随着人类空间活动，特别是载人空间探索发展起来的新兴交叉学科，各航天大国和机构均将空间生命科学与生物技术列为重点发展的学科之一。

空间生命科学与生物技术领域主要研究两大类科学问题：**一是地球生物（包括人类）在进入空间后的响应、生存、适应和变化规律等科学问题，二是探索宇宙中生命的起源与演化的科学问题。**生命是最复杂的物质存在形式，包括人类在内的地球生物的生存和演化一直是在地球环境下实现的，在空间条件下研究生命的响应和变化是深刻认识生命现象本质的重要途径，也是人类长期太空探索活动的需要。

生命起源是最基础的科学问题，空间研究是探索这一重大科学之谜的主要途径，涉及形成生命的元素、分子和早期形成条件、地外天体的生命存在可能性和宜居性等。空间生物技术旨在利用空间微重力等特殊条件开发新的生物材料、种质资源、药物和医疗技术，为提高人类健康水平和农林业发展服务。

那么，空间生命科学与生物技术领域主要研究内容包括哪些领域呢？

空间重力生物学：

采用各种生物个体、组织、细胞的不同层次实验对象，研究微重力环境下的生物学效应，揭示微重力（及空间复合环境）下生物体及不同层次的重力感知、信号转导、响应和长期影响等机理，并建立对应的预防措施和保障策略。

空间辐射生物学：

通过探索空间辐射环境下生命分子结构和功能的变化，揭示空间辐射（及复合空间环境）与不同遗传背景生物体相互作用及损伤机理等，建立辐射损伤风险评估和预警方法，开发辐射医学防护方案和技术。

空间生物技术：

在微重力环境下制备高质量蛋白质晶体，更好地解析结构-功能关系；发展生物分子组装技术，开展细胞培养、三维组织（器官）培养（含3D生物打印）等，研制新型生物和医学材料；利用空间环境诱导和培育新的生物品种；发展特效药物和新型的疾病预防、诊断、治疗技术并转移到地面相关产业和医疗行业。

空间生物再生生命支持系统研究：

研究空间微重力（和月球、火星低重力）下的陆生或水生生命保障系统的基础性问题（生物材料和系统构成、空间生长动力学、供受循环匹配、产出效能，生物学废物处理等），为长期载人探索的再生生命保障系统提供解决方案。

综合、交叉与前沿探索研究：

哺乳动物胚胎发育和空间生殖生物学；空间条件下生命分子合成和宇宙生命早期形成实验；空间生物力学、空间亚磁生物学实验；空间辐射条件下的微生物变异和生物安全。

创新的生物学分析和检测技术：

适于空间站使用的微小型基因组测序技术；基于纳米和生物芯片等的高灵敏度生物分析和检测技术，新型高性能光学、激光、光谱等生物学分析和检测技术等。

截止到目前，我国已经在空间生命科学领域取得大量成果。例如，天宫二号成功实现了我国首次为期6个月的植物“从种子到种子”全生命周期培养，验证了利用光周期反应原理调控植物生长的设想，发现植物的生物节律在微重力下受到抑制、植物开花基因在微重力下的表达与运转规律，以及微重力促进叶脉网络发育等结果。为后续在太空条件下成功地实现粮食与蔬菜的生产，为航天员长期空间生活提供食物来源奠定了基础。

图片来源：http://www.csu.cas.cn/gb/kxcb/kpdt/201901/t20190123_5234218.html

我国天舟一号首艘货运飞船上开展了微重力对细胞增殖分化影响研究，人胚胎干细胞首次在微重力下分化为生殖细胞并存活33天，胚胎干细胞实验在国际上首次实时观察到了太空微重力条件下小鼠胚胎干细胞在轨15天的增殖过程，研究发现空间微重力有利于胚胎干细胞的干性维持，空间微重力环境更有利于干细胞的三维生长。

图6-3 OCT4-GFP小鼠胚胎干细胞在太空微重力环境下生长发育过程的实时显微照片 绿色荧光代表多能性基因OCT4的表达（标尺=100 μm）图片来源：参考文献2

随着我国空间站即将发射升空，届时将在我国空间站进行多项空间生命科学与生物技术的科学技术研究，空间生命科学研究和生物技术所获取的创新知识和技术将为提高人民生活质量、健康水平和新兴产业发展发挥重大效益。

参考文献：

[1]Eleonora N. Grigoryan和Elena A. Radugina，Behavior of Stem-Like Cells, Precursors for Tissue Regeneration in Urodela, Under Conditions of Microgravity，Stem Cells and Development

[2]Xiaohua L , Yujing C , Ying Z , et al. Effect of microgravity on proliferation and differentiation of embryonic stem cells in an automated culturing system during the TZ-1 space mission[J]. Cell Proliferation, 2018:e12466-.