微重力和細胞生物學：深入了解細胞反應及其對人類健康的影響

微重力是指極小的重力環(huán)境，主要在太空或專門模擬這種狀態(tài)的環(huán)境中出現(xiàn)。在微重力條件下，細胞對重力的響應發(fā)生顯著變化，影響細胞結構和功能，進而影響細胞增殖、分化、通信和存活等關鍵過程。研究微重力對生物系統(tǒng)的影響對于保護宇航員健康和推動生物醫(yī)學創(chuàng)新具有重要意義。

 微重力對免疫系統(tǒng)的影響
微重力顯著影響免疫系統(tǒng)，削弱免疫細胞的發(fā)育、功能和響應能力。例如，造血干細胞分化為巨噬細胞的能力受損，巨噬細胞的M1（促炎）和M2（抗炎和修復）亞型之間的平衡被打破，影響感染控制和組織修復。樹突狀細胞的功能也受到負面影響，其抗原呈遞能力下降。中性粒細胞數(shù)量增加但功能減弱，B淋巴細胞增殖減少且凋亡增加，自然殺傷（NK）細胞的細胞毒性活性降低。這些變化導致宇航員在太空環(huán)境中更容易感染。

 微重力對癌癥生物學的影響
微重力促進了癌癥干細胞和甲狀腺癌細胞的球體形成，這些球體結構更接近體內腫瘤的動態(tài)，為腫瘤學研究提供了新的視角。微重力還增強了組織再生能力，通過調節(jié)Hippo和PI3K-Akt等關鍵途徑，改善干細胞分化為造血和心肌細胞系。此外，微重力誘導肝代謝、內皮功能和骨機械轉導的顯著變化，導致脂質失調、血管重塑和加速骨丟失。在器官水平上，微重力誘導的顯著變化包括肝代謝、內皮功能和骨機械轉導，導致脂質失調、血管重塑和加速骨丟失。值得注意的是，來自人類多能干細胞的心肌細胞在微重力下培養(yǎng)時，表現(xiàn)出增強的線粒體生物發(fā)生、改善的鈣處理和結構成熟度的提高，包括肌節(jié)長度增加和核偏心度增加。這些進步使得功能性心肌細胞的發(fā)育成為可能，為治療心臟?。ㄈ缧募」Ｋ溃┨峁┝擞邢Ｍ闹委煓C會。

微重力對組織和器官系統(tǒng)的影響
微重力對微血管內皮細胞、肝代謝和腸道穩(wěn)態(tài)、骨健康和機械轉導以及腎臟細胞都有顯著影響。例如，微重力抑制微血管內皮細胞的增殖，影響血管修復；在肝臟中，微重力導致脂質積累和炎癥細胞浸潤，影響肝代謝；在腸道中，微重力導致菌群失調和內毒素血癥；在骨骼中，微重力導致骨質流失加速。此外，微重力還影響腎臟細胞的代謝，導致氧化磷酸化和脂肪酸氧化基因表達降低，同時增加纖維連接蛋白（FN1）、基質金屬蛋白酶7（MMP7）和TGFBI的表達。

微重力對干細胞和細胞再生的影響
微重力對干細胞的增殖和再生能力有顯著影響。例如，微重力暫時失活Hippo途徑，促進細胞增殖和組織修復。此外，微重力還影響造血干細胞的分化，通過激活特定基因和途徑（如RUNX1、SOX17和GATA3）來促進造血干細胞的建立、多能性維持和成熟。PI3K-Akt和mTOR途徑也參與這一過程，STRIAK作為調節(jié)因子。

 微重力對病原體毒力的影響
微重力環(huán)境下，細菌病原體如沙門氏菌和大腸桿菌表現(xiàn)出更高的毒力、抗生素抗性、應激耐受性和生物膜形成能力。這些變化對宇航員健康、太空探索以及預防太空環(huán)境中的食源性疾病具有重要意義。

 

北京基爾比生物科技有限公司 研制的微重力clinostat：

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)境的調節(jié)，且可直接放進培養(yǎng)箱，方便細胞的培養(yǎng)。
 

 2. 旋轉提供微重力環(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。

 4. 攝像頭監(jiān)控設備運行狀態(tài)，具有可以快速啟動及程序預約功能

微重力對生物過程有深遠影響，包括免疫反應、細胞增殖和組織再生。這些影響對人類健康有重要意義，特別是在長期太空旅行中。微重力研究不僅有助于保護宇航員健康，還為再生醫(yī)學、癌癥治療和免疫功能管理提供了新的機會。