约翰-霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的研究人员正在与美国宇航局合作，将体外培养的人类心脏组织标本送入太空。该项目旨在监测在低重力条件下心肌细胞的收缩能力及其线粒体的变化。研究人员希望利用太空环境的微重力对心肌细胞衰老的影响，最终帮助确定治疗心血管疾病的新疗法。

谈起这项实验的设计初衷，约翰-霍普金斯大学医学院生物医学工程系的Deok-Ho Kim教授说：“我们从这些太空中的实验里学到的东西可能为我们治疗与年龄有关的心脏问题提供参考，因为在太空探险者身上已经检测到的许多心脏细胞变化与一般的心肌衰老相关变化相似。”

针对在国际空间站连续呆了几个月的宇航员的研究表明，微重力和辐射可能会使他们的器官系统和DNA过早老化。他们的肌肉、骨骼、心脏和免疫系统的衰弱速度比地球上快得多，特别是心血管系统的衰弱速度大约是地球上的10倍。

美国国家转化研究促进中心（NCATS）特别倡议办公室主任Danilo Tagle博士解释说，虽然太空对人体衰老的影响对于宇航员来说不是好消息，但太空环境对于帮助我们了解衰老相关机制很有用——这些影响在宇航员处于微重力状态后的很短的时间内就可以观察到，而如果我们在地球上研究动物的衰老模型，需要几年甚至几十年才能捕捉到随着时间和衰老效应而发生的一些变化。

为了利用太空这个独特的实验环境，将其与器官芯片技术相结合以助力更多科学探索，NCATS和美国国立卫生研究院（NIH）联合设立了“太空组织芯片计划”（Tissue Chips in Space initiative），迄今为止，该计划已经资助了九个项目，此次的心脏组织研究就是其中之一。

器官芯片是在微流控芯片中培养的器官或组织的细胞培养物，其生长环境为带有通道和凹槽的小板。这种芯片旨在控制细胞生长微环境，使身处其中的细胞保持与它们所模拟的组织具有相同的生理功能。

根据新闻稿，约翰-霍普金斯大学团队的心脏组织样本将被装载到SpaceX CRS-27号飞船上，这是一项前往国际空间站的补给任务，最早将在当地时间3月14日经美国佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心升空。在执行任务期间，飞船上的宇航员还将向该心脏样本添加三种已被美国FDA批准的药物，以测试这些药物是否可以避免在太空环境下心脏细胞可能出现的问题。

为了开发这种微型人类心脏组织芯片，研究人员从实验室培养的人类诱导多能干细胞着手开展工作，这种细胞能够发育成几乎任何类型的细胞，并且可以被诱导发育成跳动的人类心肌细胞——这种细胞便是负责心脏收缩的肌肉细胞。

一组由心肌细胞形成的组织被串联在两个柱子之间，其中一个是柔性的，另一个是坚硬的。柔性柱子有一个嵌入的磁铁，当放置在传感器上时，可以收集心脏组织收缩的信息；包裹组织的腔室是密封的，这样培养组织的液体介质就不会漂浮在太空中。然后，这些内含有组织的腔室被装载到培养板上，磁传感器位于其下方。

Kim教授及其团队曾在2020年3月将心脏组织送入太空，既往的实验结果表明太空中的微重力改变了细胞的线粒体和组织的收缩能力。在这项新实验中，他们将聚焦于在组织炎症和线粒体功能障碍情况下被激活的蛋白质。

约翰-霍普金斯大学的团队并不是唯一一个选择在太空进行实验的研究团队。根据国际空间站发布的新闻稿，斯坦福大学的研究人员将测试在微重力下生长的心脏组织是否可以作为药物筛选的心力衰竭模型。他们也准备向太空中发送一组细胞，这些细胞经过药物的预处理——其中一组细胞的实验将中途被停止，并在预定时间点固定细胞；另一组细胞将被活体送回，以便研究人员观察组织是如何受到发射和着陆的影响。

据了解，此次发射将是斯坦福大学和约翰-霍普金斯大学心脏芯片项目的第二次发射。第一次是概念验证之旅，以确保心肌细胞能够在太空发射中存活下来，并确保实验能够获得结果。

Danilo Tagle博士在接受行业媒体Fierce Biotech的采访中说道，“我们关注的重点是能否捕捉到一些引发衰老效应的分子变化，并开发出减缓或减轻衰老影响的对策或药物，使得地球上的普通民众能够受益。”

参考资料：
[1] Heart tissue on a chip is headed back up to the International Space Station，Retrieved March 15th, 2023 from https://www.fiercebiotech.com/research/heart-tissue-chip-headed-back-international-space-station
[2] Heart tissue heads to space to aid research on aging and impact of long spaceflights，Retrieved March 15th, 2023 from https://www.bme.jhu.edu/news-events/news/heart-tissue-heads-to-space-to-aid-research-on-aging-and-impact-of-long-spaceflights/