在一項新的研究中，埃默裡大學兒科教授Chunhui Xu及其團隊發現心肌細胞可以在太空的微重力環境中生長和存活。這一發現為地球上開發更堅韌的心肌細胞提供了希望，這些細胞可以在細胞療法中有效地修復受損心臟。
相關研究結果發表在2025年6月的Biomaterials期刊上，論文標題為“Spaceflight alters protein levels and gene expression associated with stress response and metabolic characteristics in human cardiac spheroids”。
Xu解釋說：“細胞療法的核心思想是再生新的肌肉組織。但生存是個大問題。特別是對於心肌來說，一旦受損，它就無法再生。在將新細胞注入受傷區域後，許多細胞會丟失。”
為了探索這個問題，Xu團隊首先試圖透過將心肌細胞放置在一個隨機定位機器中來模擬微重力環境。這種機器不斷移動這些心臟細胞，因此它們永遠不會習慣向上或向下的單一方向。實驗結果顯示，這些心肌細胞的存活率顯著提高，這促使團隊進一步探究太空的特殊環境是否能引發心肌細胞的分子變化，從而使其在注射到地球上的患者體內後更有可能存活。
Xu補充道：“在太空中，這些心肌細胞實際上可以感知到新的環境並做出改變。”
從實驗室到空間站的旅程
這項研究使用了特殊的心肌細胞，這些細胞會定期收縮，共同作用，使得它們像正常心臟一樣跳動。這些細胞是由可以轉化為多種不同細胞型別的通用人類幹細胞產生的。在臨床前實驗中，類似的細胞群體已被證明可以預防心力衰竭。許多人得出結論，如果能找到一種方法使這些細胞在基於細胞的心臟治療中存活更長時間，那麼人類心臟修復可能會有取之不盡的新細胞供應。
挑戰在於找到提高移植細胞存活率的方法。在他們的實驗中，Xu團隊將心肌細胞束組裝成微觀三維球狀體（spheroids），以模擬人類心臟的結構和功能。該團隊在前往國際空間站（ISS）的旅途中冷凍了這些細胞，然後在發射前讓它們解凍。同時，一組對照心肌細胞束被儲存在地球上進行比較。
國際空間站上的宇航員使用顯微鏡追蹤繞軌道執行的心肌細胞的進展，併發回這些細胞生長的影片。當這些細胞在太空中度過了八天後，活細胞培養物被送回地球。回到地球后，研究人員對太空飛行的心肌細胞和地球上的心肌細胞進行了表徵，以研究經歷過微重力的心肌細胞所特有的分子變化。
結果非常複雜，但指出了參與細胞存活的蛋白質產量增加的模式。瞭解微重力環境如何改變心肌細胞的分子活動，使其更具生存能力，可能是利用這些細胞有效修復受損心臟的重要一步。這需要系統地理解壓力條件下心肌細胞存活和生長的所有過程。這可能有助於在地球上創造存活率更高的心肌細胞。
Xu總結說：“如果不將細胞送入太空，我們基本上必須找到新的方法來了解推動細胞提高存活率的分子變化，這樣我們就可以在地球上製備細胞時操縱這些細胞的變化。我們希望制定一種新的策略，為細胞療法制造更好的細胞。”
參考資料：
Parvin Forghani et al. Spaceflight alters protein levels and gene expression associated with stress response and metabolic characteristics in human cardiac spheroids. Biomaterials, 2025, doi:10.1016/j.biomaterials.2024.123080.
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