6月4日，神舟十五號載人飛船返回艙返回地面，此次隨著航天員一同返回的還有部分實驗樣品，其中就包括國際首次開展的多能干細胞（ips細胞）在太空微重力環境下向早期造血分化研究的細胞樣品。這些ips細胞經過為期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”。
天津市免疫研究所副所長、天津醫科大學總醫院神經內科劉強教授表示，干細胞在疾病治療、組織修復等領域具有極大的發展前景和臨床應用價值。然而，目前干細胞的突破性研究仍然面臨著很大挑戰，包括如何擴大干細胞的量產規模、如何保持干細胞的分化干性，以及如何讓干細胞分化具有靶向性等。此次干細胞在太空的實驗，也是人類干細胞研究的大膽探索。
為何造血干細胞成為“天選之子”
ips細胞全稱為“人工多功能干細胞”，是由體細胞誘導而成的干細胞。“ips細胞通過培養，具有無限的增殖潛力，可以分化成人體幾乎所有細胞，如肝臟、生殖細胞以及心肌細胞、神經細胞等難以再生的細胞，這也包括造血干細胞。”天津大學藥學院劉子川研究員介紹。
據此次空間站“太空造血”項目負責人、中國科學院深圳先進技術研究院生物醫藥與技術研究所研究員雷曉華介紹，通過實驗，已經把ips細胞在軌分化到了類似于鵝卵石一樣的一個造血干細胞。
“盡管只分化出一個小小的造血干細胞，但是通過這個過程，有可能探究出在微重力環境下，影響ips細胞向早期分化的作用機理，因此非常有價值。”劉子川說。
ips可以分化成骨髓間充質干細胞、神經干細胞、肝臟干細胞等各種干細胞，那么為何此次會選擇造血干細胞進行這項實驗？
劉子川介紹，目前干細胞應用的最大阻礙就是體外環境下的分化效率和細胞增殖。細胞常規體外培養的方式主要有兩種，一種是貼壁生長，大部分干細胞都需要有個附著點，附著在基質上生長；另一種就是懸浮生長，常規的血液細胞如紅細胞、T細胞、粒細胞等，都是懸浮生長。
“造血干細胞就是一個關鍵的節點，它的上游可以由ips細胞通過貼壁生長分化而來，又可以繼續往下游分化，衍生出各種懸浮生長的血液細胞。”劉子川說，但目前干細胞的分化效率非常低，而造血干細胞在體外難以實現無限擴增，不突破這個技術瓶頸，就無法真正生產出人造血。
干細胞太空實驗主要為擺脫重力
早在2017年，科研團隊在天舟一號貨運飛船上進行的小鼠胚胎干細胞的增殖和分化研究就已經表明，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。
劉子川認為，太空環境最大的特點就是微重力，主要因素就是重力的改變。在微重力環境下，干細胞和培養支撐的基質在重力特征、形態結構等方面肯定和在地面時有所不同。
“之前有人比較過基質膠的影響，發現使用偏軟的基質膠，造血干細胞的擴增會好一點。而在微重力環境下，干細胞貼壁附著在基質膠上就不需要靠重力維持，這種基質膠的軟硬度因素就被減弱，擴增的負擔會減輕。同時不受重力影響，往下游懸浮細胞分化的效率也可能會增加。”劉子川介紹。
“盡管實驗結果可能比預想的要復雜，但之前從未有人進行過這項研究，不管在微重力環境下對于造血干細胞的分化和擴增是有積極還是消極影響，這都是一個創新點，因此實驗很有意義。”劉子川評價說。
此外，“太空造血”實驗是對原有的干細胞分化擴增機制研究更好的擴展，是一個非常好的研究模型。“通過這個實驗，還可以對造血過程基因組學方面的檢測、細胞重要信號通路起的作用，包括細胞之間的作用等方面進一步深入研究，有可能揭示出一些最基本的細胞生物學問題，為干細胞研究提供新思路。”劉子川舉例說，如果發現微重力對干細胞擴增有幫助，那么就可以考慮在地面上模擬這種環境；或者發現在微重力環境下有一些特殊的細胞通路能調控干細胞的分化增殖，那么就可以人為地增加或減少它們的功能，有助于干細胞藥物的研發。
劉強認為，受地球重力的影響，干細胞在培養過程中容易聚集和結塊。而太空中因具有微重力的條件，干細胞體外培養更接近于胚胎內干細胞的分化與增殖，可均勻懸浮、自由生長。此外，不受重力影響，干細胞生長環境也較為穩定，有助于實現產業化發展。
“而且，與在地球上生長的細胞相比，在太空微重力環境中生長的細胞功能顯著改善，免疫抑制能力更強。”劉強說。
由于時間和資源限制，本次任務中，雷曉華團隊只開展了部分實驗，后續還將開展人誘導多能干細胞在空間微重力環境下的3D生長研究，通過長時程在軌培養，對在軌實驗和地面平行對照實驗樣品的比對和分析，來探討空間環境下干細胞3D生長的規律及微重力對干細胞生長影響的作用機理。
