浩瀚宇宙，人類(lèi)不僅癡迷對(duì)未知的探索，也在不斷拓展生命科學(xué)研究的邊界。腫瘤類(lèi)器官技術(shù)作為再生醫(yī)生領(lǐng)域的重大突破，正逐漸在太空環(huán)境下展現(xiàn)出其在疾病研究和治療上的潛力。隨著Space X等商業(yè)航天公司的發(fā)射任務(wù)不斷推進(jìn)，人類(lèi)對(duì)太空的探索開(kāi)啟了新階段，腫瘤類(lèi)器官以“培養(yǎng)皿中宇航員”的特殊身份在太空中開(kāi)展科學(xué)試驗(yàn)，或?qū)槿祟?lèi)健康帶來(lái)革命性的改變。

自1957年發(fā)射第一課人造地球衛(wèi)星開(kāi)始，人類(lèi)在太空探索領(lǐng)域取得了眾多璀璨奪目的成就。

北京時(shí)間3月14日晚，埃隆·馬斯克（Elon Musk）旗下太空探索公司Space X的新一代重型運(yùn)載火箭“星艦”（Starship）在美國(guó)得克薩斯州的發(fā)射基地開(kāi)啟了第三次試射。

這個(gè)號(hào)稱(chēng)“史上最強(qiáng)”的運(yùn)載火箭在本次試射任務(wù)中重新進(jìn)入大氣層后失聯(lián)，但它仍然獲得巨大進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了前兩次試飛未曾達(dá)到的突破。人類(lèi)在邁向火星，成為多行星物種的路上又邁出了一步！

△ Space X星艦試飛畫(huà)面

曾幾何時(shí)，人類(lèi)在仰望星空時(shí)，或許也幻想有朝一日可以到微重力的太空中，在此建立生命科學(xué)的“理想國(guó)”。由于太空環(huán)境的特殊性，為生命科學(xué)發(fā)展提供了全新的研究場(chǎng)所。

在今年早些時(shí)候，當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月18日，Space X執(zhí)行Axiom 3（“公理三號(hào)”）任務(wù)，飛船在佛羅里達(dá)州發(fā)射升空，前往國(guó)際空間站。

除了4名機(jī)組人員，飛船上還有一名特殊的宇航員——由加州大學(xué)圣地亞哥分校的科學(xué)家們研制的癌癥患者細(xì)胞衍生的腫瘤類(lèi)器官。

在太空中，這個(gè)腫瘤類(lèi)器官在短短10天內(nèi)就被“激活”，腫瘤體積瘋狂增加了2倍！科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一個(gè)名為ADR1的克隆基因，或許是癌癥的“終止開(kāi)關(guān)”。

難道說(shuō)，癌癥研究的盡頭在太空？太空微重力環(huán)境為癌癥深入研究提供了何種“神秘力量”？

01

腫瘤類(lèi)器官送入太空

打開(kāi)腫瘤瘋長(zhǎng)的“潘多拉魔盒”

“如果我們把腫瘤送入太空，癌癥會(huì)機(jī)會(huì)惡化嗎？”

“在微重力形成的壓力環(huán)境下，答案是肯定的?！盝amieson教授表示。

由美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校血液學(xué)家和醫(yī)學(xué)博士，同時(shí)是加州大學(xué)桑福德干細(xì)胞研究所的Catriona H.M. Jamieson博士率領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)不是第一次將樣本送入太空了。

在之前的任務(wù)中，Jamieson教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)癌癥生長(zhǎng)與ADAR1（特異性RNA腺苷脫氨酶1）基因有關(guān)。

通過(guò)進(jìn)一步測(cè)試發(fā)現(xiàn)，ADAR1在太空環(huán)境下會(huì)在腫瘤中“瘋狂增殖”，使得腫瘤以令人不安的、不受控制的速度快速生長(zhǎng)。

被送入太空的腫瘤類(lèi)器官激活了這種基因，并在短短10天之內(nèi)體積增加了2倍！如此一來(lái)，旨在減緩這一過(guò)程的抗癌藥物的激活速度也對(duì)應(yīng)加快了。

△ ADAR1基因結(jié)構(gòu)示意圖。

在太空微重力環(huán)境（如微重力、輻射、缺乏細(xì)胞代謝產(chǎn)物自然分解等）下，會(huì)對(duì)細(xì)胞行為產(chǎn)生影響。于生命科學(xué)來(lái)言，這個(gè)超越地心引力的世界，幾乎成了細(xì)胞和蛋白質(zhì)生存的“理想國(guó)”。

因?yàn)橹亓?huì)不斷促進(jìn)干細(xì)胞發(fā)育，使其難以長(zhǎng)時(shí)間保持最純凈、最有用的狀態(tài)。與此同時(shí)，重力還會(huì)拉扯生長(zhǎng)中的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響科學(xué)家洞察關(guān)鍵蛋白質(zhì)（尤其是那些與癌癥、病毒、遺傳疾病和心臟病相關(guān)的蛋白質(zhì)）的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)。

如若有機(jī)會(huì)從頭培養(yǎng)這些“脆弱”的細(xì)胞和蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)，將對(duì)分析腫瘤或病毒如何進(jìn)化以及檢測(cè)新藥的潛在靶點(diǎn)至關(guān)重要。

而患者來(lái)源的腫瘤類(lèi)器官（PDTO）幾乎完美地“復(fù)刻”了體內(nèi)腫瘤組織的異質(zhì)性特征，成為進(jìn)行體外試驗(yàn)的絕佳微型場(chǎng)所。

借由太空微重力環(huán)境的獨(dú)特性，腫瘤類(lèi)器官在再生醫(yī)學(xué)、疾病研究、新藥測(cè)試等方面的潛能被毫無(wú)保留地激發(fā)出來(lái)。這種不同于地球上生命環(huán)境的生長(zhǎng)機(jī)制，有助于開(kāi)發(fā)腫瘤治療的新策略，將成為造福人類(lèi)健康的創(chuàng)新體驗(yàn)。

在上一次Axiom任務(wù)中，Jamieson科研團(tuán)隊(duì)“發(fā)射”了用兩種抗癌藥物治療的微型腫瘤，這兩種藥物以不同的方式阻斷ADAR1基因。

△ 加州大學(xué)圣地亞哥分校桑德福干細(xì)胞研究所的研究人員準(zhǔn)備細(xì)胞樣本，以迎接“公理3號(hào)”的發(fā)射。

其中一種是Fedratinib，已在2019年8月被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)用于治療血液癌癥。Jamieson團(tuán)隊(duì)興奮地發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)edratinib可以在太空中抑制腫瘤生長(zhǎng)。

隨后，Jamieson團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究另一種名為Rebecsinib（瑞貝西尼，一種臨床前小分子抑制劑。這種加州大學(xué)首創(chuàng)的小分子藥物將逆轉(zhuǎn)癌癥過(guò)度編輯，有望控制急性髓系白血病和骨髓纖維化的耐藥和復(fù)發(fā)）的實(shí)驗(yàn)性藥物，該藥物可以防止ADAR1產(chǎn)生惡性蛋白，進(jìn)而阻止ADAR1激活。

今年1月Axiom 3發(fā)射時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)將Rebecsinib治療的乳腺癌腫瘤類(lèi)器官帶上了太空，目前為止，研究人員發(fā)現(xiàn)它顯著抑制了癌癥的生長(zhǎng)，有效性比Fedratinib更強(qiáng)。該藥物僅在7天內(nèi)就阻止了腫瘤類(lèi)器官的生長(zhǎng)！

△ Jamieson教授科研團(tuán)隊(duì)曾在2024年1月就實(shí)驗(yàn)中的抗癌抑制劑Rebecsinib 與ADAR1基因的關(guān)系在《Cell Stem Cell》期刊發(fā)表研究論文。

始于太空，止于地球。

在太空中獲得的研究結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓Jamieson看到了希望，她的團(tuán)隊(duì)希望到今年年底，開(kāi)展更多Rebecsinib藥物的臨床試驗(yàn)。其基本原理是防止乳腺癌的自我克隆，而ADAR1基因或成為“癌癥終止的開(kāi)關(guān)”。

Jamieson教授在談及Rebecsinib時(shí)表示，“太空加快了時(shí)鐘的速度，我們可以在太空上創(chuàng)造新的療法和平臺(tái)，來(lái)幫助地球上的患者。這非常令人興奮?！?/p>

除了地面上的科學(xué)家以外，還有包括美國(guó)航空航天局（NASA）和歐洲的宇航員在內(nèi)的其他團(tuán)隊(duì)成員，都在努力推進(jìn)這一有望拯救癌癥患者生命的創(chuàng)舉。

△ Jamieson教授站在學(xué)校的“任務(wù)控制”中心，那里的顯示器實(shí)時(shí)顯示著國(guó)際空間站的位置和活動(dòng)。

科學(xué)家們始終相信，太空可以提供治療癌癥的重要線索，而太空微重力環(huán)境助力新藥研究，更快找到癌癥治療的新策略，還只是其中之一。

02

類(lèi)器官+微重力環(huán)境

啟動(dòng)新藥研發(fā)“加速鍵”

自2019年以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)在國(guó)際空間站上培育出了包括人類(lèi)大腦、心臟和乳房在內(nèi)的多種類(lèi)器官模型。這些利用人類(lèi)多能干細(xì)胞（iPSC）培育而成的類(lèi)器官，可發(fā)育成類(lèi)似人體器官或組織的三維立體結(jié)構(gòu)。

與過(guò)往的動(dòng)物模型和2D細(xì)胞模型不同，類(lèi)器官可以更精準(zhǔn)地重現(xiàn)人類(lèi)器官的復(fù)雜性，高度模擬其結(jié)構(gòu)和功能，被認(rèn)為是創(chuàng)造人造器官或開(kāi)發(fā)新藥物的下一代技術(shù)。

△ 微重力環(huán)境下的3D細(xì)胞培養(yǎng)。

把類(lèi)器官模型送入太空，則是將其巨大潛能發(fā)揮到極致。

由于細(xì)胞不受地心引力的影響，癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和擴(kuò)散方式與在地球上的情況有所不同。太空中的癌細(xì)胞可能生長(zhǎng)更為均勻，這有助于科學(xué)家更好地觀察和研究癌細(xì)胞生長(zhǎng)機(jī)制，從而揭示癌細(xì)胞的基因表達(dá)和信號(hào)傳導(dǎo)途徑的改變。

與此同時(shí)，太空微重力環(huán)境下藥物對(duì)癌細(xì)胞的作用可能更為明顯，這有助于發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點(diǎn)和治療手段，實(shí)現(xiàn)癌癥治療的新突破。

獨(dú)特的太空微重力環(huán)境與獨(dú)特的類(lèi)器官模型，以更開(kāi)放的姿態(tài)，為研究科學(xué)家研究癌癥等復(fù)雜疾病提供了新機(jī)遇，有望提供創(chuàng)新藥物和療法的新策略。

當(dāng)然，太空腫瘤類(lèi)器官的研究益處絕非僅限于此。Jamieson教授表示，這些類(lèi)器官研究既能造福地球上的“村民”，也對(duì)執(zhí)行太空任務(wù)的宇航員大有裨益。

在國(guó)際空間站（ISS）等長(zhǎng)期空間任務(wù)中，宇航員可能會(huì)經(jīng)歷生理變化，這些變化可能與癌癥有關(guān)。研究這些變化有助于開(kāi)發(fā)針對(duì)太空輻射等環(huán)境因素影響的治療方法。

△ 國(guó)際空間站已被科學(xué)家用于開(kāi)展不受重力影響的實(shí)驗(yàn)。

例如，未來(lái)執(zhí)行太空任務(wù)的宇航員出發(fā)前可服用一片藥丸，以保護(hù)他們的血液干細(xì)胞不發(fā)生癌變。此外，利用他們?cè)谔罩械陌l(fā)現(xiàn)，研究人員計(jì)劃在今年晚些時(shí)候開(kāi)啟一項(xiàng)針對(duì)骨髓纖維化的臨床試驗(yàn)。

在太空這個(gè)“加速發(fā)展”的環(huán)境下，科學(xué)家們有望更快地找到新的癌癥治療方案，為藥物研究和個(gè)性化治療開(kāi)辟更多新見(jiàn)解。

03

培養(yǎng)皿中的“類(lèi)器官宇航員”

再生醫(yī)學(xué)發(fā)展的“助推器”

在“寸土寸金”的太空艙，沒(méi)有人會(huì)在國(guó)際空間站浪費(fèi)時(shí)間。

科學(xué)家們嘔心瀝血在太空培育類(lèi)器官，其中一個(gè)不容忽視的原因，就是特殊的太空微重力環(huán)境有助于深入研究人類(lèi)衰老與疾病的關(guān)系。

加州大學(xué)圣地亞哥分校的神經(jīng)學(xué)家阿利松·穆奧特里教授一直以來(lái)致力于人腦類(lèi)器官研究，曾成功培育出利用iPSC誘導(dǎo)的“人工大腦”。據(jù)稱(chēng)，當(dāng)穆奧特里確認(rèn)到與受孕25～38周的嬰兒大腦相似的腦電波時(shí)，他本人也感到很吃驚。

△ 穆奧特里實(shí)驗(yàn)室培育的一些大腦類(lèi)器官。

在突破人體“最后的邊界”之后，穆奧特里教授及其科研團(tuán)隊(duì)嘗試將人類(lèi)干細(xì)胞送往國(guó)際空間站，以培養(yǎng)模擬各種大腦疾病的類(lèi)器官。

通過(guò)微重力環(huán)境研究大腦類(lèi)器官，有助于他們確定阿爾茲海默病等與衰老有關(guān)的神經(jīng)退行性疾病是如何發(fā)生的，并據(jù)此設(shè)計(jì)出預(yù)防這一衰老變化的對(duì)應(yīng)療法。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家就類(lèi)器官在太空環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)和探索進(jìn)行了多種嘗試。這些研究為癌癥等疾病機(jī)制和治療提供了新的依據(jù)，也為今后進(jìn)一步開(kāi)展空間環(huán)境下腫瘤類(lèi)器官及再生醫(yī)學(xué)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2016年，我國(guó)發(fā)射的“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室曾攜帶有關(guān)細(xì)胞研究的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，旨在研究太空微重力環(huán)境對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和功能的影響，為腫瘤類(lèi)器官研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2021年，“神舟十二號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，三位宇航員在太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)時(shí)還開(kāi)展了9項(xiàng)生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)驗(yàn)或技術(shù)試驗(yàn)。

其中，3D類(lèi)器官培養(yǎng)物作為“太空腫瘤”試驗(yàn)的主角赫然在列。

△  2022年底，由中國(guó)完全自主建造的“天宮空間站”為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)走向宇宙奠定了基礎(chǔ)。

2022年底，由中國(guó)建成的“天宮”國(guó)際空間站，首批九個(gè)國(guó)際合作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目里，有一個(gè)與癌癥有關(guān)的，由挪威科技大學(xué)、法國(guó)國(guó)際航天大學(xué)以及荷蘭和比利時(shí)研究機(jī)構(gòu)共同提出的“太空腫瘤”研究項(xiàng)目。全稱(chēng)為《太空腫瘤：來(lái)自個(gè)體內(nèi)健康和腫瘤組織的3D類(lèi)器官培養(yǎng)物由于空間條件導(dǎo)致的早期突變特征研究》項(xiàng)目，該項(xiàng)目將研究微重力和宇宙輻射在腫瘤生長(zhǎng)和發(fā)育中的作用。據(jù)了解，在中國(guó)空間站這些已通過(guò)項(xiàng)目所涉及的科學(xué)領(lǐng)域包括天文學(xué)、太空醫(yī)學(xué)、太空生命科學(xué)、生物技術(shù)、微重力流體物理學(xué)、微重力燃燒和太空技術(shù)。

類(lèi)器官能成為“培養(yǎng)皿中的宇航員”，代表了醫(yī)學(xué)界最前沿的技術(shù)創(chuàng)新，而“太空腫瘤”試驗(yàn)項(xiàng)目將對(duì)癌癥致病機(jī)理的理解產(chǎn)生重大積極影響，為癌癥的預(yù)防和治療提供更廣闊的視野，成為我國(guó)布局精準(zhǔn)醫(yī)療的重要一環(huán)！

空間站時(shí)代，或?qū)㈤_(kāi)啟我國(guó)醫(yī)學(xué)進(jìn)步的宇宙新征程，譜寫(xiě)以類(lèi)器官為代表的再生醫(yī)學(xué)發(fā)展新篇章。

Write in the last

寫(xiě)在最后

浩渺蒼穹，深邃神秘。有太多未解之謎值得人類(lèi)探索和研究。而類(lèi)器官送入太空后，如何安全返回地球仍面臨極大的不確定性。盡管受到空間站與地面實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及條件的種種限制，但是通過(guò)空間站長(zhǎng)期微重力環(huán)境，科學(xué)家們孜孜以求，攻堅(jiān)克難，努力拓寬“天下無(wú)癌”的研究邊界，探尋空間生命科學(xué)研究的更多可能性。

參考資料：

1,Leslie A Crews , Wenxue Ma,et,al.Reversal of malignant ADAR1 splice isoform switching with Rebecsinib,2023 Mar 2,Cell Stem Cell, DOI: 10.1016/j.stem.2023.01.008

2,Ting Zhang, Chaoran Yin,et,al.ADAR1 masks the cancer immunotherapeutic promise of ZBP1-driven necroptosis,25 May 2022,Nature,doi: 10.1038/s41586-022-04753-7.

3,Does the future of medicine lie in space?

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