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三年前,它默默无闻,三年后,它进入了空间站
发布时间:2021-06-18 14:47:35 | 浏览次数:

聂海胜、刘伯明、汤洪波在太空

2021年 4月 29日,天和核心舱发射升空,中国迎来了真正的「空间站时代」。而此次神舟十二号飞船成功发射,更是首次将3 名宇航员送往「天宫号」空间站。

2019年 6月 12日,中国载人航天工程办公室正式宣布了来自17 个国家的9个项目成为中国空间站科学实验首批入选项目。其中,3D类器官培养物作为太空肿瘤试验的主角赫然在列。

为什么类器官能成为9个精挑细选的项目之一,成为“培养皿中的宇航员”?太空肿瘤研究对人类又会有怎样的助力?空间站时代,或许也将是中国医学的宇宙新征程。

类器官荧光染色

众所周知,航天工程与宇宙探索从不是一件小事,而是关乎到国家发展,国家科技水平的重要项目。正如每一位宇航员都是人中龙凤,能被宇航员们携带进入浩瀚太空的研究,也是通过层层评估,经过精挑细选,被寄托了巨大期望的事物。

这次备受医学界瞩目的3D类器官培养物,是3D打印的衍生物吗?答案是否定的。

类器官(organoids)是一种利用成体干细胞,在体外培养出的3D细胞培养物与对应的人体器官具有高度相似的组织学特征,能重现器官的部分生理功能。作为前沿的体外模型,类器官在干细胞与发育、再生医学、疾病研究、药物开发和精准医疗等多个领域拥有广泛的应用前景,也曾于去年助力了对新冠病毒的研究。

肿瘤类器官是患者肿瘤细胞体外培养出的“微肿瘤”,从病理、细胞、到基因,重现肿瘤发生、发展和治疗反应,是理想的“患者替身”。

本次进入空间站的,便是通过来自个体内健康和肿瘤组织培育的类器官。从某种角度而言,能够完全模拟体内微环境的类器官“替身”,也可以被称为空间站中的“第四位宇航员”。

对于大多数人而言,类器官听上去还非常陌生,但它早已包揽了许多奖项,受到国内外专业人士的瞩目。

2017年,类器官被Nature Methods杂志评为生命科学领域的年度技术。

2019年,《新英格兰医学杂志》发文指出,作为一种革命性疾病模型,类器官将在肿瘤研究、精准医疗和新药开发领域前景广泛。

2021年,根据科技局下发的文件,类器官模型被列为“十四五”首批重点专项,文件明确指出类器官作为重要的新兴前沿技术,能够为肿瘤疾病研究与治疗助力。

可见,类器官能成为“培养皿中的宇航员”并非一朝一夕之功,它代表了医学界最前沿的技术突破,是无数位科研工作者及医药行业人员的智慧结晶,更是我国布局精准医疗的重要一环。

中国空间站科学实验首批入选项目宣布

本次类器官太空肿瘤试验,由挪威科技大学、国际空间大学、荷兰阿姆斯特丹自由大学和比利时核研究中心共同提出申请并联合实施。其研究目的为验证两个重要的假设:重力和宇宙辐射会分别对人类个体内的健康和肿瘤结肠组织的3D类器官DNA产生独特的突变特征。这个试验需要肿瘤模型能够极好地模拟人体内的肿瘤环境,目前而言,只有类器官最适合完成这项使命。

在此之前,太空探索中针对生物进行的研究,几乎局限于动物模型。比如1998年美国的哥伦比亚号飞船第25次飞行中,除了7名人类宇航员外还有超过2000只小动物,研究也曾对老鼠进行测试,让它们暴露在阿波罗号宇航员所承受的太空辐射浓度,以推测及论证太空辐射对人体的影响。

然而,由于物种间遗传背景的差异,动物模型的实验结果往往会和人体试验存在较大偏差,尤其体现在肿瘤治疗之中,例如,动物和人在很多疾病领域有着根本的不同,如靶点受体的分布和表达,进化和疾病发生发展过程等等。相比于动物模型,类器官模型培养体系具有操作简单,金钱和时间成本低,且可以同时筛选多个药物等优势,从而有效弥补动物模型的不足。

因此,类器官才能成为百里挑一的主角,代表医学界进入太空。它所带来的研究成果将会对当前的癌症病因学产生重大的科学影响,并对预防和治愈癌症提供新的见解,也将回答长期深空探测飞行任务中有关致癌风险和乘组健康的不确定性问题。

类器官模型与其他疾病模型的对比

类器官在宇宙中遨游之时,地表上的研究也正在脚踏实地的进行。

近年来,类器官已经被广泛地被应用于肿瘤的发病与进展机制研究、个体化医学与新药研发中。2018年,研究指出,类器官作为革命性的体外药敏检测模型,为肿瘤组织的体外药敏检测开拓了新的道路。如果一种药物在该患者的类器官上起作用,那么这种药物就有88%的可能性在患者身上起作用;而如果一种药物对该患者的类器官无效,那么这种药物100%对该患者无效。

类器官这一体外“替身”的药敏试验结果,分析和验证患者个人对药物的敏感性和耐受性,使得药物方案更具针对性,并避免药物滥用所带来的风险,最终达到更精确的治疗,为我国精准医疗提供发展力量。

3D类器官示意图

和我国高歌前进的航天事业相似,我国类器官的发展也正突飞猛进,甚至有可能在未来引领这项技术的发展。

2020年,新冠疫情肆虐之际,国内类器官公司创芯国际便运用在全球率先利用气-液界面系统培养出包括鼻粘膜、支气管、肺泡在内的全呼吸道类器官系列模型,不但拥有完整的呼吸道上皮结构,还检测到新冠病毒特异性结合蛋白的表达,应用于研究新冠病毒的感染机制、药物与疫苗的开发。

此外,类器官个体化药敏检测产品蓓芯安®,也在2019年被列为广东省高新技术产品,恰好与类器官被列为中国空间站科学实验首批入选项目同年。看似巧合,实际上这正是类器官的价值逐渐展现的表现。

随着类器官在精准医疗中的应用,或许在不久之后,我国的肿瘤医疗事业及药物研发事业都能因此次航天探索的旅程受益,真正做到既有无限的未来,又能实在地为人类发展提供助力。

对于人类来说,无限辽阔的宇宙充满了谜团,却也让人产生无限的遐想与向往。对于宇宙的探索,需要科技的不断投入与发展,以支撑宇宙探索的进程,而探索行为带来的科技成果与实验研究成果,也必然会回馈人类。

中国人首次进入了属于自己的空间站,太空探索的进展,毫无疑问将在未来促进我国科技的创新进步,医学的发展,也正如宇宙探索般,人类将不断在神秘的知识之海中奋力前行,留下自己的脚步。

期望类器官成为中国医学摘下的一颗璀璨新星,在当下与未来绽放出无限大的光芒与可能!


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