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在太空中改变的心脏细胞回到地球后复原

来源:中国科学报 作者: 发布时间:2019-11-18 17:31 浏览次数: 【字体:

11月7日发表在《干细胞报告》上的一项研究表明,从干细胞中提取的心肌细胞,在太空飞行期间和之后,对环境表现出非凡的适应性。研究人员在国际空间站上培养了5.5周的人类心脏细胞,并检测了细胞水平的心脏功能和基因表达。结果显示,暴露在微重力环境改变了成千上万个基因的表达,但大部分正常的基因表达模式在返回地球10天内重新出现。

“这是第一次使用人类诱导多功能干细胞研究太空飞行对人类心脏功能的影响。”美国斯坦福大学医学院的Joseph C. Wu说,“该研究可能有助于阐明人体细胞在太空中的行为方式,特别是在开始执行更多、更长期的太空任务,比如去月球和火星的时候。”

过去的研究表明,太空飞行会引起心功能的生理变化,包括心率降低、动脉压降低和心输出量增加。但迄今为止,大多数心血管微重力生理学研究都是在非人体模型或组织、器官和系统水平上进行的。关于微重力在细胞水平上对人类心脏功能的影响,人们所知甚少。

为了解决这个问题,Wu团队和宇航员Kathleen Rubins合作研究了人类诱导多功能干细胞衍生心肌细胞(hiPSC-CMs)。他们通过重新编码血细胞,从3个个体中产生hiPSC系,然后将其分化成hiPSC-CMs。SpaceX飞船将其发射到国际空间站,同时,地面对照hiPSC-CMs在地球上进行培养比较。

即将返回地球时,在太空飞行的hiPSC-CMs显示出正常的结构和形态。然而,它们通过改变搏动模式和钙循环模式适应太空环境。

此外,研究人员还对在国际空间站4.5周和返回地球10天后收获的hiPSC-CMs进行了RNA测序。结果表明,2635个基因在飞行、飞行后和地面样本中有差异表达。最值得注意的是,与线粒体功能相关的基因通路在太空飞行的hiPSC-CMs中表达得更多。

研究人员表示,hiPSC-CMs在太空飞行中采用了一种独特的基因表达模式,这种模式在返回正常重力环境后会恢复到类似于地面对照组的模式。

未来,研究人员计划使用更多与生理相关的hiPSC衍生的3D心脏组织,包括血管细胞,研究太空飞行和微重力的影响。

二审 :甘肃省科协信息中心采编部
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