航天生物医学研究的巨大飞跃：太空组织芯片

由美国国立卫生研究院(NIH)下属的国家科学转化促进中心(NCATS)、太空科学促进中心(CASIS)与NASA合作，即将在国际空间站上开展一系列的“组织芯片”研究测试。太空组织芯片计划旨在更好地理解微重力对人体健康和疾病的影响，并将这种理解转化为改善地球上的人类健康。

“组织芯片”由可弯曲的塑料制成，有通道，可以为细胞提供营养和氧气。

科学家称，太空飞行导致人体发生许多重大变化，尤其是微重力引起的人体许多变化类似于地球上与衰老相关的疾病的发生和发展，比如骨骼和肌肉的丧失。而这种太空中的组织芯片可以帮助科学家们测试这些细胞对压力、药物和基因变化的反应。此外，太空相关的变化发生得比地球上更快，这意味着科学家可以在太空中使用组织芯片来模拟地球上可能需要数月或数年才能发生的变化。

该研究的科学项目负责人露西·洛（Lucie Low）说，这块小小的组织芯片也被称为微生理系统，它有三个主要的特性：“它必须是3D的，因为人体是3D的，”她解释说，“它有多种不同类型的细胞，因为器官是由各种组织类型组成的。而且它有微流体通道，因为人体的每一个组织都有血管系统来输送血液和营养，并带走碎屑。组织芯片给离开‘家’的细胞提供一个居所，比标准的2D细胞培养更能模拟特定器官复杂的生物功能。这就像从你身上取下一些组织细胞，把它放进罐子里，观察你的细胞对不同压力、不同药物、不同基因的反应，然后用它来预测它们对你身体的影响。”

CASIS和NIH在国际空间站美国国家实验室开展的“太空组织芯片”研究标志 

组织芯片的应用远不仅于此，它的另外一个潜在应用是开发新药。尽管在动物模型中进行了良好的临床前研究，但在人体临床试验中，约30%的有希望的药物被发现是有毒的，大约60%的潜在候选药物由于缺乏疗效而失败。因此药物开发过程中需要有更好的模型来预测人体的反应，并在更早的过程中测量毒性，并检查一种潜在药物是否真的发挥了应有的作用而没有副作用。组织芯片提供了一个人体器官(如肺、肝和心脏)结构和功能的精确模型，可以帮助科学家预测一种候选药物、疫苗或生物制剂是否比目前的方法更快更有效地在人体中安全发挥作用。

太空组织芯片的第一阶段包括五项研究。“免疫系统老化”研究计划搭载SpaceX CRS-16在11月中旬发射。其他四项研究计划在SpaceX CRS-17或随后的飞行中发射，包括“肺宿主防御”、“血脑屏障”、“肌肉骨骼疾病”和“肾功能”。这些飞行将测试微重力对组织芯片的影响并验证自动化系统的能力。

第一阶段研究的第二次飞行计划于18个月后进行，进一步证明该模型的功能用途，比如在特定器官上测试潜在药物。此外，第二阶段的4个项目计划在2020年夏天启动，其中两项是心血管健康方面的心脏组织研究，一项是关于肌肉消耗，第四项是关于肠道炎症的研究。

这项技术一旦试验成功，最终将被航天员携带进入太空，可用于监测他们身体的变化，并测试可能的对策和治疗方法。这将是保持航天员在深空任务中身体健康的一个巨大飞跃。 

参考网址： https://www.nasa.gov/tissue-chips