微重力加剧骨质流失? 浙大科学家在天舟一号上做太空实验

2017-04-20 09:57 来源:浙江在线 

  浙江在线4月20日讯(浙江在线记者曾福泉)我国自主研制的首艘货运飞船天舟一号,拟于4月20日19时41分发射,随后将与天宫二号空间实验室完成交会对接。

  记者获悉,一个精细的太空科学实验将在天舟一号本次飞行期间完成。它是浙江大学生命科学学院王金福教授团队的人骨髓间充质干细胞实验。

  天舟一号升空前夕,记者电话采访了正在海南文昌航天发射基地的王金福,他说,团队的一些科研人员及学生近2个月前就进驻航天发射基地,严格按照程序进行多次操练,经常通宵加班,直到发射前最后一刻,以确保在轨科学实验的成功。

微重力加剧骨质流失? 浙大科学家在天舟一号上做太空实验

  王金福团队在天舟一号上开展的太空干细胞实验,旨在更细致地揭示人体干细胞定向分化为骨细胞的过程,这个过程在太空这样的微重力环境下会发生显著的变化。

  宇航员这个职业有诸多风险,遭受严重的骨质疏松就是其中之一。数据显示,宇航员在太空中一个月的骨质流失丢失相当于孕妇近一年的骨质流失。正常人的骨质处在一种动态平衡中,每天骨质流失和生成的量大致相当。王金福说,既有研究表明,太空的微重力环境会使宇航员的骨质流失加剧,同时骨质生成减少,从而造成骨质疏松。不过这些研究多数都是在地面模拟微重力条件完成的,缺乏真实的太空实验验证。

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  2016年4月,王金福团队在我国第一颗返回式科学实验卫星“实践十号”上就做了一个验证微重力如何导致宇航员“腿软”的实验。“实验表明,微重力环境下,人骨髓间充质干细胞定向分化骨细胞的能力被抑制,反而转向分化为脂肪细胞。”王金福说,“实验结果充分说明了失重环境导致骨生成减少是宇航员骨质变化的主要原因之一。”

  通过对“实践十号”卫星返回舱回收细胞的研究,王金福团队发现了细胞内与骨细胞和脂肪细胞分化相关信号通路的变化,但是细胞外面的力学信号变化是如何导致细胞内部信号通路的改变尚缺乏进一步的解释。本次在天舟一号上开展的实验,王金福团队准备再进一步验证。

  “天舟一号搭载了可进行细胞形态和细胞骨架显微图像传输的生物反应器,可以让我们清楚地了解太空微重力环境下细胞内部结构的变化。”王金福说,“特别是细胞膜内侧有没有形成粘着斑、大小如何变化等,都可观察到。”这种粘着斑的形成以及大小变化就能反映胞外力学信号如何改变胞内化学信号。

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  在太空中开展干细胞实验并不容易。“与在地面上做实验的感觉完全不同。”王金福感慨地说。在天舟一号飞天过程中,细胞的培养及诱导分化无人操作,全程自动化,这就需要研制生物反应器的工程技术人员与科学实验人员不断磨合。生物反应器是一个微波炉大小、15千克重的匣子,里面装着骨髓间充质干细胞、特殊材料制成的支架、盛满培养液的瓶瓶罐罐和密集的管道与线路。进入太空后,一个程序将控制匣子里的装置自动运作,使培养液流动起来,为干细胞提供养分,并排出代谢废物。为了找到最佳的细胞培养密度、培养液换液量和换液速度、显微图像的最佳摄录时间和频率以及图像的最佳分辨率,王金福团队及合作伙伴进行了数以百计的匹配实验。为了了解细胞粘着斑以及细胞骨架的变化,王金福教授团队反复实验不断筛选,构建出了高质量的细胞样品。

  王金福说,天舟一号太空实验的研究成果,与前期科学卫星研究成果结合,可全面地掌握和了解太空微重力环境对人骨髓间充质干细胞定向分化潜能的影响以及相关分子机制,为今后骨质疏松类疾病预防和治疗以及针对相关分子靶点研发药物提供科学依据。

微重力加剧骨质流失? 浙大科学家在天舟一号上做太空实验 

  天舟一号是我国自主研制的首艘货运飞船,采用两舱构型,由货物舱和推进舱组成,总长10.6米,舱体最大直径3.35米,太阳帆板展开后最大宽度14.9米,起飞重量约13吨,物资上行能力约6吨,推进剂补加能力约为2吨。它能独立飞行3个月,具有与天宫二号空间实验室交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等功能。

  天舟一号与天宫二号交会对接,是中国载人航天工程空间实验室阶段的收官之战,对于空间站工程后续任务顺利实施具有极为重要的意义,将标志着中国载人航天工程胜利完成“三步走”战略中的“第二步”任务,为空间站建设任务奠定坚实技术基础。

  按计划,天舟一号发射入轨后,将与在轨运行的天宫二号先后进行3次自主快速交会对接、3次推进剂在轨补加,以及空间应用和航天技术等多领域的实(试)验项目。期间,天舟一号与天宫二号组合体在轨飞行约2个月,天舟一号独立飞行约3个月。完成既定任务后,天舟一号将受控离轨,陨落至预定安全海域;天宫二号留轨继续开展拓展试验和应用。

[责任编辑:白丽克孜·帕哈丁]

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