6月4日，在北京舉行的載人空間站第四批空間科學(xué)實驗樣品交接儀式上，接過載人航天空間應(yīng)用系統(tǒng)副總指揮王強移交的神舟十五號乘組帶回的干細(xì)胞實驗樣品時，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院副研究員雷曉華的內(nèi)心無比激動。
接下來，雷曉華團隊將對這些“上過天”的樣品開展全方位檢測分析，通過與地面對照實驗結(jié)果比對，尋找太空環(huán)境影響人多能干細(xì)胞早期造血分化的分子機理。該研究有望在國際上首次實現(xiàn)干細(xì)胞在太空早期造血，并闡明微重力影響人多能干細(xì)胞向早期造血分化的作用機理。
發(fā)射前的晝夜奮戰(zhàn)
時間撥回到5月10日天舟六號發(fā)射前的第21小時——零時16分，雷曉華坐在監(jiān)視器前，緊張地看著學(xué)生在實驗操作臺完成發(fā)射前的細(xì)胞制備任務(wù)。
此前，他被工作人員告知，為確保實驗順利，只有具體操作實驗的研究人員才能進入實驗室。就這樣，作為導(dǎo)師的雷曉華被“拒之門外”。
實驗室內(nèi)，學(xué)生將細(xì)胞接種到培養(yǎng)盒中進行人多能干細(xì)胞的分化、液袋加載、管路連接、排氣泡、實驗單元組裝等；實驗室外，雷曉華一步也不敢挪動。
排氣泡是最難也是最費時間的一環(huán)，因為送上太空的干細(xì)胞培養(yǎng)皿中不能有一絲氣泡，否則將會干擾細(xì)胞成像，導(dǎo)致整個項目失敗。
“我這個不做實驗的比做實驗的還緊張！就像家長送孩子高考一樣?！崩讜匀A笑著回憶道。
上午9時25分，距離發(fā)射還有12個小時。雷曉華已經(jīng)在監(jiān)視器前坐了9個小時。
實驗室的門終于打開。學(xué)生馬馳原、張文雅走了出來?？粗麄z摘下口罩，臉色平靜，雷曉華心中一喜——排氣泡沒出問題！
確認(rèn)無誤后，中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所的專家開始臨射前實驗任務(wù)的驗收工作。
16時37分，距離發(fā)射還剩不到5小時。干細(xì)胞實驗單元的臨射安裝模塊已經(jīng)成功轉(zhuǎn)運到天舟六號的發(fā)射塔架，技術(shù)人員正在對實驗單元進行臨射安裝、細(xì)胞單元裝置加電等。
21時23分，火光劃破天際，天舟六號成功發(fā)射。直到這時，雷曉華和學(xué)生才長舒一口氣。
太空早期造血有望實現(xiàn)
經(jīng)過1天的飛行，天舟六號于5月11日成功與空間站組合體對接。5月12日，干細(xì)胞實驗單元由航天員轉(zhuǎn)運至問天實驗艙并順利安置在生物技術(shù)柜中。經(jīng)過長達(dá)半個多月的在軌實驗，實驗樣品于6月4日被送回地面。
“在軌時，干細(xì)胞狀態(tài)良好，采集的圖片清晰。目前，采集數(shù)據(jù)符合我們的預(yù)期?！崩讜匀A說，這項實驗任務(wù)完成后，我國有望在國際上首次實現(xiàn)干細(xì)胞在太空早期造血，為今后進一步開展空間環(huán)境下干細(xì)胞分化及其再生醫(yī)學(xué)的研究打下堅實基礎(chǔ)。
為什么要大費周章地把干細(xì)胞送上太空？
“人多能干細(xì)胞具有幾乎無限的增殖潛能，可分化成為人體內(nèi)任何細(xì)胞類型，是用于再生醫(yī)學(xué)研究的極佳細(xì)胞來源。”雷曉華解釋道。
此前，美國宇航局和歐空局的科學(xué)家便已多次報道了空間飛行任務(wù)中開展的干細(xì)胞生長和組織再生方面的研究成果。而我國在這個領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距。
雷曉華課題組的這項實驗是如何實現(xiàn)地空研究的呢？雷曉華說，干細(xì)胞在軌分化培養(yǎng)的各個階段圖片，可通過空間實時顯微自動成像捕獲，再將圖片傳到地面。細(xì)胞整個培養(yǎng)過程通過在軌自動換液來完成，培養(yǎng)結(jié)束后，樣品會自動固定并被移入空間站的低溫冷藏柜中保存。
本次任務(wù)中雷曉華團隊只開展了部分實驗，后續(xù)他們還將開展人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在空間微重力環(huán)境下的3D生長研究，通過長時程的在軌培養(yǎng)，對在軌實驗和地面平行對照實驗樣品進行比對分析，探討空間環(huán)境下干細(xì)胞3D生長的規(guī)律及微重力對干細(xì)胞生長影響的作用機理。
空間生命科學(xué)需要航天精神
這次在文昌發(fā)射場的晝夜奮戰(zhàn)，讓雷曉華想起導(dǎo)師段恩奎。2016年4月，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，還在中國科學(xué)院動物研究所工作的雷曉華，便跟著導(dǎo)師，作為核心骨干人員參與實踐十號返回式實驗衛(wèi)星的實驗任務(wù)，開展小鼠早期胚胎的太空發(fā)育研究。
2017年，雷曉華與段恩奎又來到文昌發(fā)射場，這一次雷曉華作為課題的實際負(fù)責(zé)人參與天舟一號的實驗任務(wù)，開展小鼠胚胎干細(xì)胞的太空增殖和分化研究。
為確保兩次在軌實驗順利，兩年間，雷曉華記不清經(jīng)歷了多少次地面匹配和演練實驗。“發(fā)射任務(wù)一旦開始，至少一個月不能回家。臨射前的演練工作很重要，我們需要將每個實驗步驟、每一環(huán)節(jié)的時間精準(zhǔn)到每分每秒，絕不能耽誤飛船發(fā)射。”他說。
功夫不負(fù)有心人，這兩項研究都很成功。2018年，雷曉華作為第一作者在《細(xì)胞-增殖》上發(fā)表封面文章，首次成功獲得胚胎干細(xì)胞實時在軌培養(yǎng)顯微圖像，發(fā)現(xiàn)空間微重力有利于增強干細(xì)胞的干性和三維樣的生長特性。2020年，雷曉華再次作為第一作者在《國家科學(xué)評論》上發(fā)表封面文章，在國際上首次實現(xiàn)哺乳動物植入前胚胎的太空發(fā)育。
2020年，雷曉華受中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)藥所能量代謝與生殖研究中心主任張鍵的邀請，成為該中心一名學(xué)科帶頭人，繼續(xù)在空間生命科學(xué)領(lǐng)域開拓前行。
與幾年前相比，雷曉華的身份已有了轉(zhuǎn)變。這次“文昌之戰(zhàn)”，他是導(dǎo)師，帶著學(xué)生參加實驗項目，并成功將人類多能干細(xì)胞送上太空。他說，這就是一種傳承。
“此次參與到實驗中的兩名學(xué)生馬馳原、張文雅都很優(yōu)秀，其中一名還是碩士生，他們都能獨立完成任務(wù)。”談到兩名學(xué)生，雷曉華贊不絕口。
想要在空間生命科學(xué)領(lǐng)域有所建樹，絕不是一人努力攻關(guān)便可以實現(xiàn)的，需要團隊默契協(xié)作，同時依賴于我國航天事業(yè)的發(fā)展。“‘特別能吃苦，特別能戰(zhàn)斗，特別能攻關(guān)，特別能奉獻’是載人航天精神，我覺得空間生命科學(xué)研究也需要這種精神?！崩讜匀A說，隨著我國航天事業(yè)發(fā)展得越來越好，科學(xué)家從事空間生命科學(xué)研究也就有了更多的可能性。
