利用微重力研究对抗癌症
(Phys.org)——对于在实验室里工作的癌症生物学家来说，在荧光灯下通过显微镜观察染色的组织样本，国际空间站可能是他们最后想到的事情。但40年的微重力研究证明，癌症生物学家可能确实想要仰望220英里的高空。太空提供了地球上不可能的物理条件，事实证明，这些条件可能已经成熟，可以用于研究癌症以及其他广泛的疾病。
细胞在人体中，通常生长在由蛋白质和碳水化合物组成的支撑结构中，这就是器官和肿瘤保持其三维形状的原因。然而，在实验室环境中，细胞生长平坦，呈片状展开。因为它们不会复制它们在体内通常会形成的形状，它们也不会像在体内那样表现。这给通过检查研究癌症的科学家带来了问题基因变化影响细胞生长和发育。
科学家们设计了几种实验室方法模仿正常细胞行为但它们的工作方式都与人体不同。然而，在空间中，单元格不在生物体这种被称为体外细胞的细胞仍然会自行排列成三维群体或聚集体。这些聚集物更接近于人体内发生的情况。在微重力环境下，细胞也更容易聚集在一起，它们经历的流体剪切应力也更小，这是一种会影响细胞行为的湍流。所有这些因素都可以帮助科学家进行研究细胞行为以及这种行为的改变如何导致癌症——一种更类似于体内细胞的状态。
“如此多的东西在3d中发生变化，这是令人震惊的——当你观察细胞的功能时，它们如何呈现蛋白质，如何激活基因，如何与其他细胞相互作用，”Jeanne Becker博士说细胞生物学家她是休斯顿Nano3D生物科学公司的首席研究员，也是cboss -1-卵巢研究的首席研究员。“你在这里最关注的变量是重力，你不能真正消除地球上的重力。你必须去重力减轻的地方。”
贝克尔是最近一本纸在自然评论癌症它调查了过去四十年在微重力下的细胞生物学研究，以及这些发现如何继续为地球上的癌症研究提供信息。从20世纪70年代的天空实验室开始，到目前的在轨调查，贝克尔和合著者Glauco R. Souza重点介绍了近200篇来自天基实验和调查的科学论文。
在航天飞机、俄罗斯飞行器和空间站上进行的实验表明，免疫细胞发生了变化，包括细胞信号细胞因子的变化，这表明免疫系统在微重力环境下受到抑制。甚至在微重力环境下，细胞的结构也会发生变化，细胞壁、内部组织甚至基本形状都会发生变化。根据贝克尔的评论，在太空中，细胞更圆。
其他研究显示了基因表达的许多变化。在1998年哥伦比亚号航天飞机执行STS-90任务时，细胞被培养了6天，然后返回地球进行分析。之后，对1万个基因进行了检查揭示了与地面对照相比，在微重力环境下，1632个基因的表达发生了改变。这是第一个表明失重会影响大量基因的实验。
在哥伦比亚号执行STS-107任务期间，前列腺癌和骨细胞在生物反应器演示系统(BDS-05)内以三维结构生长。贝克尔说，早期迹象显示细胞大量聚集，表明细胞大量生长。但这项研究在2003年2月1日航天飞机和机组人员重返大气层时丢失了。
在空间站上进行的细胞生物技术操作支持系统(CBOSS-01-Ovarian)调查包含一个可以培养3d细胞集群的细胞培养箱，科学家们已经用它来检查人类结肠癌、卵巢癌和其他癌细胞的变化。在最近的一项结果中，Becker注意到人类缪勒氏卵巢(LN1)肿瘤细胞系中细胞因子的产生减少。细胞因子是一种小的蛋白质，被分泌来调节免疫和炎症。了解这些蛋白质产生的变化，以及导致这些蛋白质产生变化的细胞信号的变化，可以帮助研究人员了解肿瘤细胞发育的机制。
虽然细胞在微重力下以三维结构生长，但它们不具备提供氧气和营养物质的血管，因此聚集在中心的细胞很可能会死亡。但这仍然不是劣势，贝克尔说。大体积肿瘤在其中心附近也有死亡组织区域，这与癌症生长速度缓慢相吻合。“你周围也有没有死亡的细胞，但它们并没有真正地循环。它们在很大程度上仍然是癌症，而且它们可能会产生更多的化疗耐药性。”“这恰恰反映了你在人类癌症中看到的情况。”
贝克尔说，即使他们坐在实验室的长凳上，研究人员也可以利用空间站的微重力环境达到新的高度。“我有机会亲眼看到可能发生的事情。这太神奇了。如果不能充分利用这个平台进行探索，那就太可惜了。”“这是同类实验室中唯一的;就是这样。现在正是时候，因为空间站已经完全完工，可以使用了。”
近年来，地球上的研究已经赶上了3d细胞结构。检查癌细胞和其他组织的研究使用胶原蛋白凝胶基质，它将细胞悬浮在三维空间中。将这些技术与微重力环境下可用的资源相结合，可能会为研究癌症提供全新的方法。最终，微重力和基于地球的研究可以帮助科学家确定导致这种疾病的细胞变化癌症并可能找到新的方法来预防它们，从而导致新的治疗方法，可以提高患者的生活质量。
