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Nature子刊:令人驚歎!巨噬細胞僅需42秒就適應微重力

哺乳動物細胞以最佳的方式適應重力。但是,如果地球引力消失了,

那麼在太空的微重力環境中會發生什麼?在此之前,很多實驗表明在零重力(zero gravity)狀態下幾個小時或幾天後,細胞發生變化。然而,宇航員在太空的長期執行任務後回到地球,不會有任何嚴重的健康問題,這就讓人們對細胞如何能夠適應重力變化提出質疑。如今,在一項新的研究中,基於國際空間站(ISS)的即時資料記錄,瑞士蘇黎世大學的研究人員揭示出細胞能夠非常快速地對重力變化作出反應,
從而持續發揮功能。相關研究結果近期發表在Scientific Reports期刊上,論文標題為“Rapid adaptation to microgravity in mammalian macrophage cells”。

國際空間站中的實驗設計和測量

不同於常規的太空實驗(隨後需要在地球上進行分析)的是,蘇黎世大學科學家Oliver Ullrich和Cora Thiel領導的一個研究小組採取一種不同的方法。他們調整他們的實驗設計,在太空中直接進行測量:從解凍測試細胞到測試本身,歐洲航天局宇航員Samantha Cristoforetti在國際空間站的實驗室中直接進行所有的操作。

在國際空間站中收集到的資料隨後被傳送到地球上。另外,還採取嚴格的內部對照和外部對照來排除重力之外的任何影響。

細胞適應微重力僅需42秒

這個研究小組利用所謂的氧化爆發(oxidative burst)來研究大鼠免疫細胞如何對重力變化作出反應。氧化爆發是利用免疫防禦細胞殺死細菌的一種古老的進化機制。在離心機的幫助下,

Cristoforetti改變國際空間站中的重力條件,使得位於控制中心的這個研究小組能夠追蹤這些大鼠免疫防禦細胞(本實驗中,具體為大鼠肺泡巨噬細胞)如何作出反應。論文共同通信作者、蘇黎世大學解剖學研究所教授Oliver Ullrich解釋道,“超快地作出反應。儘管這些免疫防禦細胞一進入零重力,免疫防禦就垮塌,但是,令我們吃驚的是,這些免疫防禦細胞在42秒內就完全恢復過來。”對Ullrich和Thiel而言,在不到一分鐘內快速地和完全地適應零重力的直接證據也提出了一個問題:在幾小時或幾天後測量的之前發生的細胞變化是否也是適應過程的結果。

Thiel說,“這似乎是自相矛盾的。細胞能夠超快地適應零重力。然而,在地球的生命進化中,它們從未暴露在零重力中。因此,這些結果對生命的健壯性和它的驚人的適應性提出更多的問題。”不管怎樣,對Ullrich而言,這項國際空間站實驗的結果對載人太空飛行而言是一個好消息:“可以期待我們的細胞能夠比我們之前所認為的更好地適應零重力。