要点
- 西奈山的脑组织和心血管组织模型已随SpaceX CRS-35飞向国际空间站。
- 实验将考察与太空飞行相关的组织功能、遗传易感性和生物学变化。
- 已发表的miBrain研究和另一篇循环系统预印本为此次任务奠定了基础；本次任务的结果仍有待观察。
人类脑组织和搏动的心血管类器官正前往轨道，迎接一场不同寻常的实验室测试。它们的目的是国际空间站，那里的失重和辐射暴露可能暴露出在地球上难以研究的脆弱性。
西奈山的这些研究项目搭载于10月13日发射的SpaceX CRS-35任务。它们汇集了西奈山伊坎医学院在干细胞生物学、神经科学、外科学和心血管科学领域的研究人员。
一个项目使用名为miBrain的个性化脑组织模型。另一个项目将心血管类器官放入微流控芯片——这些微型设备可管理活体组织周围的液体。
这项任务建立在已有实验室工作的基础上，包括2025年发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上介绍miBrain的论文。不过，这次新飞行是一项正在进行的实验。目前尚无研究结果证明这些特定模型在太空中会如何反应。
由六种细胞类型构建的脑模型
神经元很少单独工作。它们在一个由支持细胞、免疫细胞和血管组成的网络中传递信号，这些细胞之间的相互作用有助于维持大脑健康。
miBrain平台将六种主要细胞类型带入三维组织培养中，包括神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞、周细胞和内皮细胞。
每种细胞都有不同作用。神经元传递信号，少突胶质细胞产生髓鞘——包裹神经纤维的绝缘物质。小胶质细胞提供免疫功能，内皮细胞帮助形成血管。
miBrain的开发过程中有麻省理工学院教授蔡立慧（Li-Huei Tsai）、罗伯特·兰格（Robert Langer）以及乔尔·布兰查德（Joel Blanchard）参与；它使用一种工程化水凝胶。这种材料支持细胞组装成相互作用的网络。
已发表的研究记录了神经元活动、血管屏障特征，以及髓鞘生成细胞与神经元之间的相互作用。这些能力使该培养物比单独生长的分离细胞更能代表脑组织。
不过，重现某些选定功能并不等于重建完整大脑。该模型让科学家能够接触、测量并操控特定的细胞关系。
患者来源的干细胞还有一个优势：培养物携带捐赠者的基因组，让研究人员能够检查遗传差异如何影响组织行为。基因编辑还能产生带有同一选定基因不同版本的、遗传背景高度匹配的培养物。
在轨评估神经风险
布兰查德是西奈山副教授，负责这项脑研究。他的团队与美国国家航空航天局（NASA）和Space Tango合作，计划通过一系列飞行任务来评估脑细胞信号传导和功能。
研究将考察为什么不同人对太空飞行的反应可能不同，还将探索miBrain如何随年龄变化，以及遗传风险如何影响这一过程。
其中一个目标是APOE4，这是一种与阿尔茨海默病风险增加相关的基因变异体。比较携带不同APOE变异的组织，有助于区分遗传易感性与所有模型中共同出现的效应。
布兰查德说：“我们的研究可能使miBrain成为在太空飞行前和飞行中评估神经风险的实用工具。”
他的团队目标是识别损伤的生物标志物、评估遗传易感性并评价保护性对策。这些都是研究目标，而非本次任务已经展示的能力。
这种区别很重要，因为太空飞行同时改变多个条件。微重力、辐射暴露以及飞行中维持组织存活的要求，都会使结果解读变得复杂。
组织模型为研究机制提供了一个受控起点。要将这些机制与宇航员健康或地球上的衰老联系起来，还需要更多证据。
搏动的心血管组织随行
心血管研究使用健康人干细胞培养出搏动的类器官。这些类器官位于名为μCVchip的微流控装置内。
两个芯片共包含最多16个心血管类器官，搭载于Space Tango的自动化CubeLab系统中。设备将每天进行电起搏、压力测试、显微成像和液体样本采集。
这些测量应能帮助研究人员追踪长时间微重力暴露下的心脏和血管功能。自动化使重复观测成为可能，无需依赖宇航员的持续手动操作。
西奈山外科学系的凯文·科斯塔（Kevin Costa）和大卫·萨克斯（David Sachs）合作开展该研究。他们希望研究结果将有助于找到保护宇航员心脏的方法，并为心血管疾病研究提供信息。
该团队此前曾于2023年通过CRS-29任务将干细胞来源的心肌细胞送入太空。那次早期工作评估了细胞活力。本次飞行则推进到更复杂的心血管模型和生理测量。
太空飞行可产生类似衰老某些效应的心血管变化。在工程化组织中研究这些变化，可能揭示有用的生物学通路，尽管相似性并不意味太空飞行与普通衰老完全相同。
循环系统增加了另一层复杂性
一篇单独的2025年预印本描述了一种与miBrain相关的可灌流血管脑芯片。它报告的是地球上的实验室工作，而非此次太空任务的结果。
研究人员开发了名为GelChip的微流控平台，以在工程化水凝胶内支持血管形成。除六种脑细胞外，培养物还包含人成纤维细胞。
器件尺寸被证明很重要。较高的腔室高度可支持连接更完整的血管网络，有助于克服水凝胶在受限空间内膨胀所造成的问题。
在将血管网络连接到入口和出口后，团队展示了示踪剂通过微小血管移动的过程。这一方法为研究跨越模拟血脑屏障的转运提供了途径。
该屏障控制物质从血液循环进入脑组织，既保护大脑，又使药物递送复杂化。具有可访问血管的模型可以帮助研究人员审视这一问题的两个方面：他们可以研究屏障特性的变化，并测试候选化合物如何穿过工程化系统移动。
APOE4培养物与遗传背景高度匹配的APOE3培养物相比显示出血管差异。替换单个细胞类型的研究还提示，APOE4星形胶质细胞导致紧密连接标志物信号减少。
这些观察仍是初步结果。该研究在遗传比较中仅使用了一对匹配的干细胞系，作者呼吁检测更多细胞系。此外，随着培养物中细胞类型增多，灌流的可靠性也下降。
此次飞行能够确定什么
眼前的挑战是弄清这些复杂的人体组织系统在轨道上是否依然有用、可测量。可靠的测量将支持后续关于损伤、遗传风险和可能保护措施的研究。
其价值在于在相互作用的组织环境中观察人类细胞。这提供了与单独研究细胞、动物或宇航员不同的视角。
未来的医学应用将取决于研究结果在跨越不同捐赠者、实验和相关临床环境下是否仍然成立。这两个项目目前都尚未证明存在抗衰老疗法或能够预测个体宇航员结果的方法。
就目前而言，这次飞行将两个实验室平台带入了以不同方式使生物系统承受压力的环境。下一步要看这些活体模型记录到了什么。
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