天舟一號上天特殊任務:研究如何對付骨質疏鬆

天舟一號雖然是貨運飛船，卻也承載了不少科學實驗。其中就包括要搞明白宇航員在太空會骨質疏鬆究竟是怎麼回事？科學家們還要進行抗失重情況下的骨質疏鬆新藥開發。為什麼要去太空進行這方面的研究？那裏的實驗和在地面實驗有何不同？

宇航員在太空會骨質疏鬆，他們要搞明白是為什麼

天舟一號飛向太空時裝載了超過6噸的物資與設備，這其中有一個來自浙江的生命科學項目：浙江大學生命科學學院王金福教授團隊實驗室的人骨髓間充質幹細胞，將搭載天舟一號進入太空，開展骨細胞定向誘導分化實驗。這個實驗將探究太空微重力環境對幹細胞分化潛能影響的原因，在世界上尚屬首次。

王金福實驗室的幹細胞，是第二次飛向宇宙了。去年4月，專為科研設計的中國首顆微重力科學實驗衞星“實踐十號”上搭載的19位“乘客”中，其中就有王金福課題組的兩組、大約50萬個人體幹細胞。科學家想搞明白：在微重力環境下，骨髓中幹細胞生成骨細胞的過程，有什麼異常。

對這種“異常”進行探索的最初動力是，自從1961年人類首次衝出地球后，所有宇航員剛回到地球，有好一段時間都“腿軟”，不要説走路，站也站不起來。僅僅因為重力環境的改變，好漢都不得不服軟？一定是維持生命工作的細胞發生了什麼變化。

王金福團隊的兩組培養單元裏的細胞任務週期不同：一組只需要2天；另一組則進行7天實驗。兩組幹細胞同時開始在誘導液的作用下，在天上進行骨細胞誘導分化。這個過程，完全模擬了人體內幹細胞分化成骨細胞的過程，也就是長骨鈣的過程。第一組完成兩天誘導後，形成的新細胞被自動裂解並低温保存；第二組完成一週誘導後，形成的新細胞被固定並低温保存。

“通過分析我們發現，第一個單元的細胞狀態表明，幹細胞到了太空，促使骨細胞分化相關的基因和蛋白表達水平的活性降低了；第二個單元裏，幹細胞變成骨細胞的量，比地球上做的比對實驗產生的量要少得多。”

科學家們此前的研究表明，宇航員在微重力的環境中，骨質流失加劇。王金福團隊的實驗證明，在太空微重力環境下，不僅人會丟失骨鈣，就連形成骨鈣的機制也發生了問題。

王金福團隊是全球第一個通過太空實際微重力實驗，證明這個結論的團隊。

“實踐十號的實驗結果分析表明，微重力環境下，骨質的流失和生成兩個方面同時發生作用，最終使宇航員患上嚴重的骨質疏鬆。”王金福説，“但幹細胞定向分化為骨細胞的過程，還一直沒有在真正的太空微重力環境中得到直觀的詳細觀察。”

所以幹細胞，又要上天了。在火箭發射前24小時，王金福團隊將把4個單元的幹細胞（大約1000至10000個細胞）放入培養皿裏。發射前5小時，這些細胞被裝入反應器，入駐貨運飛船。

跟着天舟一號飛天的這批幹細胞，與飛船一樣，不再返回地球。當天舟一號與天宮二號對接後，反應器會開始工作。細胞們在太空中的一舉一動，會被地球上的科學家即時觀察到。

空間實驗的方法和地面實驗的不太一樣

此外，這次清華大學陳國強團隊也將在天舟一號上開展有關抗失重情況下的骨質疏鬆新藥開發的一系列科學實驗。

該實驗所驗證的藥物是血液中天然代謝產物酮體的主要成分：3-羥基丁酸（3HB）。此前，科研人員已經在地面上進行了多年的細胞和動物實驗，證明了其有促進成骨細胞生長、遏制破骨細胞的作用，對地面和微重力模擬狀態下的骨質疏鬆治療效果很明顯。這次是3HB首次作為用於治療骨質疏鬆的藥物進行空間微重力實驗。

究竟如何實驗？首先需要觀察3HB處理後，對於成骨破骨細胞、骨生物力學性質的作用，觀察其對於骨質疏鬆的預防效果。接着，在地面上，採用鼠尾懸吊模型，模擬微重力環境誘導骨質疏鬆，研究3HB對於骨微觀結構的影響，初步確定其體內藥效作用。然後，才在天舟一號上的真實微重力環境下，於細胞水平上研究3HB對於微重力誘導骨質疏鬆的治療效果。最後，還需要探索天舟一號貨運飛船發射前後的地基匹配實驗，為真實微重力環境下細胞藥效實驗的開展摸索並優化實驗條件，保證空間3HB作為骨質疏鬆潛在藥物研究的順利完成。

整個實驗過程，空間實驗的方法和地面實驗的不太一樣。在地面動物實驗中，採用了鼠尾懸吊的實驗方法。通過把小鼠後肢懸吊，在後肢產生一個無重力效果，導致後期小鼠後肢骨質疏鬆。通過灌注3HB的對照，懸吊的後肢骨質疏鬆顯現消失。但是本次天舟一號並不載人，因為沒有人照顧動物，也就無法帶動物上去，所以這次空間實驗的對象是細胞，觀察成骨細胞在微重力的條件下是否能在3HB的作用下促進生長。

而且，作為貨運飛船，將不再返回地面，所以只能通過遙控顯微鏡對成骨細胞的生長在有3HB和無3HB的條件下進行觀察，並從發回來的照片中獲知實驗結果。

那麼，為什麼一定要去太空研究抗骨質疏鬆藥物？專家表示，這是因為在地面上已經通過模擬失重狀態的方法進行了一些實驗，但是航天員在航天飛行時所處的環境及所受的影響比較複雜，地面模擬實驗是無法完全模擬的。利用天舟一號所提供的空間真實微重力環境，可以研究骨質流失干預藥物3HB在真實太空微重力環境下的成骨作用；同時，通過對比地面模擬失重和太空真正失重兩套系統得到的數據，可以做出更為準確的判斷，對微重力模擬實驗領域的研究方法提供一些新的看法和建議。

我國骨質疏鬆症患者

現有約9000萬

宇航員因為失重環境而無法正常產生骨鈣；地球上的人，隨着年齡增長，同樣會出現“腿軟”的問題。因為，目前全世界的補鈣產品，都還不能真正有效地幫助骨鈣產生。而在骨鈣既不能正常生成又在不斷流失的情況下，僅僅通過鍛鍊是不夠的。

一個事實可以證明這一説法。從2015年3月27日開始的340天，美國航天局宇航員斯考特·凱利在國際空間站工作了近一年。這一年，他成了網紅——幾乎每天在社交平台上和地球上的人們互動。除了拍攝地球上各個角落的圖片，展示空間實驗，他展示最多的是他“練塊兒”的照片。但就算練出馬甲線、人魚線，斯考特大叔也只能暫緩外太空中骨細胞急劇減少的狀況。回到地面後還是有好幾天他是站不起來的。

就算你此生不想去太空，你在地球上也有可能面臨同樣的窘境。據統計，我國現約有9000萬骨質疏鬆症患者，60歲以上老年人的骨質疏鬆發生率達56%，絕經後婦女更是高達60%至70%。有專家認為，隨着人口的日益老齡化，骨質疏鬆症的發病率還會同步增長，預計到2050年將可能激增至2億多人。

骨質疏鬆症是一種全身性代謝骨病，表現主要為疼痛、身材變矮、易發生骨折，這是目前世界上絕經後婦女、中老年人中發病率、死亡率及保健費用消耗較大的疾病之一。它也被稱為“無聲殺手”，是因為人們無法感覺到骨質的慢慢流失，多數人沒有明顯症狀，而隨着年齡增加，骨鈣在不斷流失，其鉅額防治費用以及患者在日常生活中對家庭成員的依賴，將給社會造成沉重的負擔。