航天推动干细胞科学生物制造和疾病建模的机会

更有效地生产大批量干细胞的秘密可能在于太空中接近零重力的条件。雪松-西奈大学的科学家报告说，微重力有可能通过促进干细胞的快速大规模生产来促进地球上拯救生命的进步。

由CedarsSinai团队领导并发表在《干细胞报告》上的一篇论文(“低地球轨道生物制造用于再生医学”)强调了2020年太空生物制造研讨会期间讨论的关键机遇，以扩大太空干细胞的制造。根据Cedars-Sinai的论文，12月份虚拟太空研讨会的与会者确定了50多个在太空进行生物制造工作的潜在商业机会。最有前途的分为三类：疾病建模、生物制造和干细胞衍生产品。新发表的干细胞报告Perspective总结道：“此次研讨会将为太空再生医学生物制造的可持续市场制定路线图。”

作者指出，在过去十年中，国际空间站国家实验室(ISS国家实验室)支持了组织工程和再生医学领域的天基研究。“这项初步研究和开发为如何利用微重力推进太空生物制造以造福地球上的人类生活和商业企业提供了重要见解。”研究小组继续说，利用微重力使科学家们对整个有机体背景下的细胞行为、细胞间相互作用、组织发育和再生的基本方面有了新的见解。此外，“国际空间站上的开创性生物工程实验与地面研究相结合表明，微重力能够研究正常重力条件下无法实现的新特征，

太空生物制造研讨会的成立是为了制定低地球轨道(LEO)空间生物制造可持续市场路线图的第一步。作者指出，生物制造利用微生物等生物材料来生产适用于临床前、临床和治疗应用的物质和生物材料，在微重力条件下可以提高生产力。“我们发现太空飞行和微重力是生物制造的理想场所，因为它赋予生物组织和生物过程许多非常特殊的特性，可以帮助以地球上无法做到的方式大规模生产细胞或其他产品，”研究科学家兼新研究实验室负责人干细胞生物学家阿伦·夏尔马博士说在雪松-西奈理事会再生医学研究所、斯密特心脏研究所和生物医学科学系工作。“过去二十年来，再生医学取得了显着进步，太空技术呈指数级进步，为进入太空和商业化太空带来了新的机会。”

在确定的50个潜在商业机会中，最有前途的分为三个领域：疾病建模、干细胞和干细胞衍生产品以及生物制造。疾病建模是科学家用来研究疾病和可能的治疗方法的一种方法，通过复制全功能结构——无论是使用干细胞、类器官(由类似于人体组织的人类干细胞生长的微型3D结构)还是其他组织。研究人员发现，一旦身体长时间暴露在低重力条件下，就会加速骨质流失和衰老。研究人员在论文中写道：“……独特地隔离持续微重力引起的压力的机会可以为衰老过程和疾病进展提供重要的见解。”

通过开发基于这种加速衰老过程的疾病模型，研究科学家可以更好地了解衰老过程和疾病进展的机制。“这项工作不仅可以帮助宇航员，而且还可以帮助我们制造骨骼结构或骨骼肌结构，这些结构可以应用于骨质疏松症以及人们在地球上经历的其他形式的加速骨骼老化和肌肉萎缩等疾病，”该论文的通讯作者夏尔马说。

研讨会上另一个备受讨论的话题是生物制造，它利用制造工艺来生产组织和器官等材料。3D打印是生物制造的核心技术之一。在地球上生产这些材料的一个主要问题涉及重力引起的密度，这使得细胞难以扩张和生长。由于太空中没有重力和密度，科学家们希望他们能够使用3D打印以无法在地球上复制的方式打印独特的形状和产品，例如类器官或心脏组织。

“……生物制造讨论涵盖了各种各样的机会，包括制造用于疾病模型的组织、生物制造材料的测试和成熟，以及改进生物材料和生物制造结构的制造工艺，该评论指出。“对生产植入物、组织和器官的新方法的集体需求是公众关注的一个问题，政府机构有机会投入资源利用独特的环境，例如基于LEO的平台来推进该领域的发展。”

第三类以干细胞的生产为中心，并了解微重力如何影响它们的一些基本特性。其中一些特性包括效力(干细胞自我更新的能力)和分化(干细胞有效转变为其他细胞类型的能力)。

了解太空飞行对干细胞的一些影响可能会带来在无重力的情况下制造大量细胞的更好方法。作者指出，干细胞和干细胞衍生产品有两个主要客户群。首先，那些利用干细胞作为研究工具的人，其次，那些利用干细胞进行治疗应用的人。作者指出，研讨会参与者普遍认为，在短期内，最大的投资回报将来自可转化为改进陆地流程、产品和工具的数据。“然而，参与者认为，最终，

来自Cedars-Sinai的科学家将于明年初与NASA和私人承包商SpaceTango合作将干细胞送入太空，以测试是否有可能在低重力环境下大批量生产干细胞。“虽然我们的某些研究仍处于探索阶段，但这已不再是科幻小说的范畴，”夏尔马说。“在未来五年内，我们可能会看到这样一种情况，即我们发现可以用地球上根本不可能的方式制造的细胞或组织。我认为这非常令人兴奋。”

正如该观点的作者所报道的那样，“现在是利用近地轨道进行研究和开发，展示天基生物制造的价值及其对人类的好处的时候了。这将为强大的太空生物制造市场提供所需的投资，本次研讨会是发展这一未来的第一步。”

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