人类干细胞“太空造血”有啥不一样

6月4日，神舟十五号载人飞船返回舱返回地面，此次随着航天员一同返回的还有部分实验样品，其中就包括国际首次开展的多能干细胞（ips细胞）在太空微重力环境下向早期造血分化研究的细胞样品。这些ips细胞经过为期6至15天的细胞在轨培养，首次实现了人类干细胞“太空造血”。

天津市免疫研究所副所长、天津医科大学总医院神经内科刘强教授表示，干细胞在疾病治疗、组织修复等领域具有极大的发展前景和临床应用价值。然而，目前干细胞的突破性研究仍然面临着很大挑战，包括如何扩大干细胞的量产规模、如何保持干细胞的分化干性，以及如何让干细胞分化具有靶向性等。此次干细胞在太空的实验，也是人类干细胞研究的大胆探索。

为何造血干细胞成为“天选之子”

ips细胞全称为“人工多功能干细胞”，是由体细胞诱导而成的干细胞。“ips细胞通过培养，具有无限的增殖潜力，可以分化成人体几乎所有细胞，如肝脏、生殖细胞以及心肌细胞、神经细胞等难以再生的细胞，这也包括造血干细胞。”天津大学药学院刘子川研究员介绍。

据此次空间站“太空造血”项目负责人、中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所研究员雷晓华介绍，通过实验，已经把ips细胞在轨分化到了类似于鹅卵石一样的一个造血干细胞。

“尽管只分化出一个小小的造血干细胞，但是通过这个过程，有可能探究出在微重力环境下，影响ips细胞向早期分化的作用机理，因此非常有价值。”刘子川说。

ips可以分化成骨髓间充质干细胞、神经干细胞、肝脏干细胞等各种干细胞，那么为何此次会选择造血干细胞进行这项实验？

刘子川介绍，目前干细胞应用的最大阻碍就是体外环境下的分化效率和细胞增殖。细胞常规体外培养的方式主要有两种，一种是贴壁生长，大部分干细胞都需要有个附着点，附着在基质上生长；另一种就是悬浮生长，常规的血液细胞如红细胞、T细胞、粒细胞等，都是悬浮生长。

“造血干细胞就是一个关键的节点，它的上游可以由ips细胞通过贴壁生长分化而来，又可以继续往下游分化，衍生出各种悬浮生长的血液细胞。”刘子川说，但目前干细胞的分化效率非常低，而造血干细胞在体外难以实现无限扩增，不突破这个技术瓶颈，就无法真正生产出人造血。

干细胞太空实验主要为摆脱重力

早在2017年，科研团队在天舟一号货运飞船上进行的小鼠胚胎干细胞的增殖和分化研究就已经表明，在太空培养的干细胞呈现出了更优于地面的生长方式，同时维持了更高水平的多能性基因表达。

刘子川认为，太空环境最大的特点就是微重力，主要因素就是重力的改变。在微重力环境下，干细胞和培养支撑的基质在重力特征、形态结构等方面肯定和在地面时有所不同。

“之前有人比较过基质胶的影响，发现使用偏软的基质胶，造血干细胞的扩增会好一点。而在微重力环境下，干细胞贴壁附着在基质胶上就不需要靠重力维持，这种基质胶的软硬度因素就被减弱，扩增的负担会减轻。同时不受重力影响，往下游悬浮细胞分化的效率也可能会增加。”刘子川介绍。

“尽管实验结果可能比预想的要复杂，但之前从未有人进行过这项研究，不管在微重力环境下对于造血干细胞的分化和扩增是有积极还是消极影响，这都是一个创新点，因此实验很有意义。”刘子川评价说。

此外，“太空造血”实验是对原有的干细胞分化扩增机制研究更好的扩展，是一个非常好的研究模型。“通过这个实验，还可以对造血过程基因组学方面的检测、细胞重要信号通路起的作用，包括细胞之间的作用等方面进一步深入研究，有可能揭示出一些最基本的细胞生物学问题，为干细胞研究提供新思路。”刘子川举例说，如果发现微重力对干细胞扩增有帮助，那么就可以考虑在地面上模拟这种环境；或者发现在微重力环境下有一些特殊的细胞通路能调控干细胞的分化增殖，那么就可以人为地增加或减少它们的功能，有助于干细胞药物的研发。

刘强认为，受地球重力的影响，干细胞在培养过程中容易聚集和结块。而太空中因具有微重力的条件，干细胞体外培养更接近于胚胎内干细胞的分化与增殖，可均匀悬浮、自由生长。此外，不受重力影响，干细胞生长环境也较为稳定，有助于实现产业化发展。

“而且，与在地球上生长的细胞相比，在太空微重力环境中生长的细胞功能显著改善，免疫抑制能力更强。”刘强说。

由于时间和资源限制，本次任务中，雷晓华团队只开展了部分实验，后续还将开展人诱导多能干细胞在空间微重力环境下的3D生长研究，通过长时程在轨培养，对在轨实验和地面平行对照实验样品的比对和分析，来探讨空间环境下干细胞3D生长的规律及微重力对干细胞生长影响的作用机理。