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浙大科学家借助科学卫星实验揭秘——

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。


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