專家解答：干細胞“上天”如何造福地面上的人類？

天舟八號任務，是空間應用系統進入空間站任務以來，實驗項目最多、上行科學實驗載荷及實驗樣品數量最多、重量最重的一次任務。而這其中細胞研究是很重要的一個方面，尤其是這次的“空間微重力下人多能干細胞3D生長及分化研究”。

干細胞被認為是“具有無限的自我更新能力的”細胞，那么“上天之后”，在空間站的微重力環境中，可能呈現出哪些奇妙的新變化？又將如何造福地面上的人類？

干細胞“上天之后”

可能呈現出哪些奇妙的新變化？

2017年，在天舟一號飛船上進行的“小鼠胚胎干細胞的增殖和分化研究”表明，在太空培養的干細胞呈現出了更優于地面的生長方式，同時維持了更高水平的多能性基因表達。

2023年，天舟六號貨運飛船再次把干細胞研究項目帶上了太空。經過為期6至15天的細胞在軌培養，首次實現了人類干細胞“太空造血”。

中國科學院深圳先進（技術）研究院研究員雷曉華：當時天舟六號在軌的實驗取得成功，我們其實蠻高興的。這個很重要，因為血源性疾病其實是我們生活中很常見的一種疾病。在你急需要用的時候，如果利用自己的細胞，把它變成多能干細胞，再變成造血干細胞或者造血前的細胞，再回輸自己，這是一個可以走得通的過程。

造血干細胞移植

存在一系列難題

造血干細胞移植，是治療白血病、淋巴瘤和骨髓瘤等血液腫瘤的較為有效和理想的方法。但目前的造血干細胞移植技術，存在捐贈來源相對短缺、免疫排斥難以避免等一系列難題。

中國科學院深圳先進（技術）研究院研究員雷曉華：在地面條件下，人的多能干細胞分化成造血干細胞，它的效率是非常低的。那么如何提高效率也是大家一直在嘗試的過程，比如說添加各種化學因子、誘導因子或者是物理條件。微重力效率是我們首次發現的，在微重力條件下，它也可以使得這種效率提高到10倍以上。我們認為微重力有可能會讓干細胞像返老還童一樣，干性變得更強，像回到原始的狀態一樣。

天舟八號飛船上

細胞研究的新任務

經歷了天舟一號、天舟六號飛船兩輪成功的實驗之后，這一次，即將跟隨天舟八號飛船前往空間站的實驗載荷，將對“空間微重力下人多能干細胞3D生長及分化”展開研究。

中國科學院深圳先進（技術）研究院研究員雷曉華：2D生長是把細胞種在平面上，它只能沿著X、Y軸長。那么三維生長細胞，這個細胞是懸浮長，或者把它種在水凝膠里面，像一個果凍一樣，它可能各個方位都能長。最后，一個細胞會長得像球一樣。

科學家們還希望嘗試進行在軌活細胞凍存，把它們活著帶回地球。

中國科學院深圳先進（技術）研究院研究員雷曉華：這次目標我們還是要檢驗一下人的多能干細胞上天之后，到底它的生長規律是什么樣子的，它能不能變成超級干細胞。第二個是要嘗試一下，生長完這個細胞，能不能在軌實現長達半年的凍存。返回地面之后，這個細胞能不能復蘇。之后就可以開展它的發育潛能、單細胞測序各方面指標的檢測，最后能夠真正回答我們之前提出的問題——天上微重力環境下，對細胞是不是真正起到性能增強的作用？

除了利用人多能干細胞產生造血干細胞、實現“造血”功能，科學家們還在探索更多調控干細胞分化和增殖的新方法。

中國科學院深圳先進（技術）研究院研究員雷曉華：未來我們可能把干細胞真正帶到天上去，甚至月球、火星。我們可以開展各種各樣功能的細胞的構建重建。

細胞在外太空的

輻射作用下會發生什么變化？

在太空中做實驗確實有很多和在地面上不同的條件，除了微重力的環境之外，還有一點就是輻射。在此次天舟八號任務中，還有一項健康領域的實驗同樣備受關注，那就是空間輻射與致癌的關系。那么細胞在外太空的輻射作用下會發生什么變化，又會對人類健康帶來什么影響？

提到輻射，眾所周知它是一個致癌因子，致癌風險跟受到輻射總劑量成正比。也就是說，受到的輻射總劑量越大，可能發生腫瘤的風險也會越高。此次天舟八號任務中，我國將肺細胞送入太空，用來研究深空飛行中輻射與致癌的關系。項目負責人國際宇航科學院院士、蘇州大學教授周光明介紹，外太空的獨特環境，與地面輻射環境有很大的不同。

外太空的獨特環境

與地面輻射環境有很大的不同

國際宇航科學院院士、蘇州大學教授 周光明：一個是輻射的種類不同，外太空的輻射是一種高LET帶電粒子，它的作用可能會更強。另外它的劑量率是非常低的，它屬于長期的低劑量的慢性照射，這種在地面基本上是不存在的。所以研究空間輻射對于腫瘤發生的風險，對于我們航天員的健康保障來說，是一個非常重要的事情。

對于外太空的輻射劑量，周光明透露，航天員在外太空待半年，相當于照十幾次CT的輻射總量。在太空中，如果沒有航天器艙壁的保護，艙外的輻射強度會比艙內要高三到四倍。

國際宇航科學院院士、蘇州大學教授周光明：我們希望能夠在外太空盡量長地去培養這樣的細胞，希望能夠讓細胞受到的輻射總量達到可以看到致癌效應的水平。這方面我們技術也有突破，這次也是第一次實現二維培養的細胞，可以在外太空連續培養30天。

外太空連續培養30天

肺細胞如何保持活力？

在外太空連續培養30天，需要具備怎么的科學環境，肺細胞如何在中國空間站保持活力呢？

中國科學院上海技術物理研究所研究員鄭偉波：我們要給肺細胞合適的溫度，37度的培養溫度。另外細胞也需要“吃東西”，要給它提供營養液的換排。因為是做空間輻射的效應研究，我們在實驗單元設計了屏蔽組、半屏蔽的、不屏蔽的，在太空可以做一個對照，在地面再做一個對照，這樣它就有6組的對照組，研究輻射對肺細胞的影響。

為什么這次選擇

將肺細胞帶入太空？

在人類眾多器官細胞中，為什么這次選擇將肺細胞帶入太空？周光明說，基于前期評估，空間輻射環境導致腫瘤發生的風險，對肺癌來說相對更高。

國際宇航科學院院士、蘇州大學教授周光明：肺癌在中國是第一大癌。在中國，腫瘤的發病率和死亡率中，肺癌都是排在第一位的。我們也希望用外太空的環境去研究肺癌發生的風險，去揭示它的機制。得到的一些結果，將來也可以用到地面，對我們地面的肺癌的發生機制能夠更好地去理解，開發一些新的防護措施或者治療方法。

此次研究成果，將會如何應用，如何造福地面上的人類健康？

國際宇航科學院院士、蘇州大學教授周光明：我們要去探討空間輻射環境下，細胞從正常細胞向癌變轉化的過程中不同節點的一些標志物，這是一個應用的目標。另外也希望能探討一些新的可能致癌的一些靶標或是治療方法，將來也用于地面腫瘤，特別是肺癌的攻克，提高它的治療有效性和安全性，為健康中國的發展做一點點貢獻。