引言  

脊髓損傷（spinal cord injury, SCI）是一種嚴重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，常導致患者運動、感覺功能喪失及自主神經(jīng)功能障礙，目前尚無良好的醫(yī)治手段。傳統(tǒng)治療方法（如手術(shù)減壓、藥物干預和物理康復）效果有限，而干細胞技術(shù)因其再生潛力成為研究熱點。近年來，科學家發(fā)現(xiàn)微重力環(huán)境對神經(jīng)干細胞（neural stem cells, NSCs）的培養(yǎng)具有優(yōu)勢，可顯著提升其在脊髓損傷修復中的效果。本文結(jié)合最新研究進展，探討微重力環(huán)境對NSCs功能的影響及其在脊髓損傷修復中的應用機制。

一、微重力環(huán)境對神經(jīng)干細胞培養(yǎng)的影響  

微重力（microgravity）是指物體在自由下落或軌道運動中受到的微弱重力環(huán)境。在地面研究中，科學家通過旋轉(zhuǎn)細胞培養(yǎng)系統(tǒng)（例如， 北京基爾比生物科技有限公司 研制的微重力三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)）模擬微重力效應，該系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)和無氣泡氣體交換，使細胞處于懸浮狀態(tài)，減少重力對細胞生長的影響。  

1. 促進三維結(jié)構(gòu)形成

  傳統(tǒng)二維（2D）培養(yǎng)的細胞因重力作用呈單層貼壁生長，而微重力環(huán)境下，細胞更易形成三維（3D）聚集體，模擬體內(nèi)組織的空間結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，3D培養(yǎng)的NSCs具有更高的細胞活性和更接近生理狀態(tài)的分化能力。  

2. 增強干細胞存活與分化

  中科院遺傳發(fā)育所團隊利用旋轉(zhuǎn)細胞培養(yǎng)系統(tǒng)培養(yǎng)NSCs后移植至大鼠全橫斷脊髓損傷模型，結(jié)果顯示，微重力環(huán)境下培養(yǎng)的NSCs存活率較傳統(tǒng)培養(yǎng)提高約30%，且分化為功能性神經(jīng)元的比例顯著增加。這種差異可能與微重力環(huán)境減少細胞機械應力、優(yōu)化代謝通路有關(guān)。  

3. 抑制炎癥與瘢痕形成

  脊髓損傷后，炎癥反應和膠質(zhì)瘢痕是阻礙神經(jīng)再生的重要因素。微重力培養(yǎng)的NSCs可通過分泌抗炎因子（如IL-10）和神經(jīng)營養(yǎng)因子（如BDNF），抑制小膠質(zhì)細胞過度激活，減少瘢痕相關(guān)蛋白（如CSPG）的表達，從而改善損傷微環(huán)境。

北京基爾比生物科技有限公司 研制的微重力三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)：

1.可以進行細胞培養(yǎng)的同時，連續(xù)實時定量記錄模擬環(huán)境的重力變化，便于觀測模擬微重力或超重力效應下細胞、組織等變化規(guī)律和實現(xiàn)對實驗環(huán)境的調(diào)節(jié)，且可直接放進培養(yǎng)箱，方便細胞的培養(yǎng)。
2. 旋轉(zhuǎn)提供微重力環(huán)境模擬（10^-3G），同時提供超重力環(huán)境的模擬（2G，2.5G或3G）

3. 可提供模擬環(huán)境下的重力監(jiān)測，X 軸、Y 軸、Z 軸三維空間重力監(jiān)測并顯示實時重力數(shù)值,讓研究人員實時采集了解模擬環(huán)境重力的精確變化。

二、微重力培養(yǎng)NSCs修復脊髓損傷的實驗證據(jù)  

多項動物實驗證實，微重力環(huán)境優(yōu)化的NSCs在脊髓損傷修復中表現(xiàn)優(yōu)異：  

1. 功能恢復評估

  通過Basso-Beattie-Bresnahan（BBB）評分、斜板試驗和電生理檢測，移植微重力培養(yǎng)NSCs的大鼠后肢運動功能恢復顯著優(yōu)于傳統(tǒng)培養(yǎng)組。BBB評分提升30%-50%，且電生理信號顯示神經(jīng)傳導功能部分重建。  

2.組織學改善

  熒光標記顯示，移植的NSCs在損傷部位存活并遷移至周圍組織，分化為神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞。同時，損傷區(qū)空洞面積縮小，新生血管和神經(jīng)纖維數(shù)量增加。  

3. 臨床前研究進展

  2024年，戴建武團隊進一步將微重力培養(yǎng)系統(tǒng)與膠原支架結(jié)合，構(gòu)建了仿生脊髓修復材料。該材料不僅支持NSCs的定向生長，還通過緩釋生長因子促進軸突再生，為臨床轉(zhuǎn)化提供了新策略。

北京基爾比生物科技有限公司 研制的微重力三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)：

三、作用機制解析  

微重力環(huán)境下NSCs修復脊髓損傷的機制涉及多層面調(diào)控：  

1. 細胞外基質(zhì)（ECM）重塑

  微重力環(huán)境通過調(diào)控整合素信號通路，改變ECM成分（如膠原蛋白和層粘連蛋白）的分泌，增強細胞-基質(zhì)相互作用，促進NSCs的黏附和遷移。  

2. 表觀遺傳修飾

  研究表明，微重力可誘導NSCs中組蛋白乙酰化水平升高，激活神經(jīng)分化相關(guān)基因（如NeuroD1和MAP2），同時抑制炎癥基因（如NF-κB）的表達。  

3. 外泌體介導的旁分泌效應  

  NSCs分泌的外泌體攜帶miRNA（如miR-21-5p）和蛋白質(zhì)，可靶向損傷部位的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞，抑制凋亡并促進軸突延伸。微重力環(huán)境可增強外泌體的產(chǎn)量和生物活性。

北京基爾比生物科技有限公司主營產(chǎn)品：

3D-clinostat 三維旋轉(zhuǎn)儀，

微/超重力三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，

3D回轉(zhuǎn)重力環(huán)境模擬系統(tǒng)，隨機定位儀，

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