微重力培養(yǎng)系統(tǒng)助力神州二十一號航天小鼠叩問天宮

新華社酒泉10月31日電（記者李國利、黃一宸）我國于10月31日夜成功發(fā)射神舟二十一號載人飛船，神舟二十一號載人飛船發(fā)射取得圓滿成功。此次任務(wù)中，中國將首次在軌實(shí)施嚙齒類哺乳動物空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。四只經(jīng)過嚴(yán)格篩選的小鼠隨飛船上行，將在空間站度過5-7天的在軌生活，并隨返回艙回到地面繼續(xù)科學(xué)研究。這標(biāo)志著中國空間生命科學(xué)研究進(jìn)入一個新階段，為未來長期太空生存研究奠定基礎(chǔ)。

 01 動物航天簡史：從果蠅到小鼠的太空探索
動物在人類航天史上一向是開路先鋒。早在1947年，果蠅就乘坐美國V-2火箭升空，成為第一批為科學(xué)獻(xiàn)身的太空旅行者。它們身材微小、繁殖迅速，是研究太空輻射對遺傳影響的理想模型。

萊卡犬是更廣為人知的太空動物明星。1957年，這只混種小狗乘坐蘇聯(lián)斯普特尼克2號進(jìn)入太空，成為第一個繞地球飛行的活體動物。盡管萊卡在飛行幾小時后因過熱死亡，但它證明了哺乳動物在失重環(huán)境下可以存活。

中國在此前的空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，也積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。神舟二十號任務(wù)中，斑馬魚和水蛭等生物曾被帶入太空，觀察微重力對水生生物的影響。

而此次神舟二十一號任務(wù)，則首次將哺乳動物小鼠送入中國空間站，將空間生命科學(xué)研究推向更高層次。

近幾十年，太空動物實(shí)驗(yàn)的模型不斷豐富：從線蟲到果蠅，從斑馬魚到小鼠，逐步向人類近親演化。這些實(shí)驗(yàn)共同構(gòu)筑了人類走向深空的基石，為載人航天提供了寶貴的生理適應(yīng)數(shù)據(jù)。

 02 神舟二十一號：空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的跨越式突破
神舟二十一號任務(wù)承載著多項(xiàng)科學(xué)使命，發(fā)言人張靜波在發(fā)布會上介紹，航天員乘組在軌期間將新開展27項(xiàng)科學(xué)與應(yīng)用項(xiàng)目，覆蓋空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、航天醫(yī)學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力流體物理與燃燒、航天新技術(shù)等多個領(lǐng)域。這些研究并非隨意選擇，而是緊扣微重力環(huán)境這一核心變量展開。神舟二十一號的小鼠實(shí)驗(yàn)將重點(diǎn)研究失重、密閉等空間條件對小鼠行為模式的影響。與人類基因同源性高、體型小、繁殖周期短且易于進(jìn)行基因編輯的小鼠，是開展生命體空間生理、病理及生長發(fā)育和繁衍研究的理想對象，對于人類未來長期太空生存和繁衍意義重大。

03 微重力：太空實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵變量
在空間站的微重力環(huán)境中，重力這一在地球上無處不在的物理量被降至極低水平，這為科學(xué)研究帶來了獨(dú)一無二的實(shí)驗(yàn)條件。

微重力環(huán)境對生物體的影響尤為顯著。研究表明，太空環(huán)境中骨質(zhì)流失速度可達(dá)每月1%，肌肉質(zhì)量每周減少高達(dá)5%，心血管功能與神經(jīng)視覺系統(tǒng)同樣遭受系統(tǒng)性損傷。這些宏觀生理變化的背后，是細(xì)胞在微重力環(huán)境下力學(xué)感知與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的深刻重構(gòu)。

近期突破性研究揭示，細(xì)胞對重力變化的響應(yīng)本質(zhì)上是力學(xué)-生物學(xué)耦合過程——機(jī)械力信號通過細(xì)胞骨架、離子通道和蛋白質(zhì)修飾等途徑轉(zhuǎn)化為生化反應(yīng)，最終改變細(xì)胞命運(yùn)。

在骨組織中，這一耦合體現(xiàn)得尤為清晰。流-固耦合模型模擬顯示：地球重力下骨細(xì)胞表面流體剪切應(yīng)力維持在1.2-2.5 Pa，而微重力環(huán)境下該值降至0.3 Pa以下——顯著低于激活骨形成的閾值0.8 Pa。這種力學(xué)信號衰減通過影響骨細(xì)胞纖毛變形和鈣火花頻率，最終導(dǎo)致骨骼質(zhì)量下降。

04 天地協(xié)作：Kilby Gravity地面微重力模擬系統(tǒng)的輔助作用
太空實(shí)驗(yàn)機(jī)會稀缺且昂貴，地面模擬微重力平臺成為研究的關(guān)鍵支撐。在北京基爾比生物科技公司研制生產(chǎn)的Kilby Gravity微重力培養(yǎng)系統(tǒng)中，科學(xué)家能夠在地球?qū)嶒?yàn)室中復(fù)現(xiàn)微重力效應(yīng)，模擬生物在太空中的生長狀態(tài)。

該系統(tǒng)的核心技術(shù)在于三維隨機(jī)旋轉(zhuǎn)重力矢量分散機(jī)制。通過雙軸獨(dú)立控制旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使培養(yǎng)容器內(nèi)的重力矢量在空間全方位快速隨機(jī)化，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的10⁻³g微重力環(huán)境模擬——接近國際空間站的實(shí)際微重力水平。

研究表明，在模擬微重力環(huán)境下，多種癌細(xì)胞的生物學(xué)行為會發(fā)生顯著改變。例如，腦腫瘤細(xì)胞U87在模擬微重力環(huán)境下遷移受抑制、凋亡被誘導(dǎo)；甲狀腺癌細(xì)胞FTC-133則傾向于形成3D球體結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)不僅有助于理解癌細(xì)胞生物學(xué)，也為藥物研發(fā)提供了新視角。微重力條件下的三維腫瘤球體更接近體內(nèi)腫瘤微環(huán)境，可用于高通量藥物篩選。

例如，三陰性乳腺癌患者來源的類器官在微重力下測試紫杉醇敏感性，成功篩選出敏感亞群，避免無效化療，預(yù)測藥物反應(yīng)準(zhǔn)確率顯著高于傳統(tǒng)二維培養(yǎng)。

北京基爾比生物科技公司研制生產(chǎn)的Kilby Gravity微重力模擬系統(tǒng)正從單一研究設(shè)備發(fā)展為多學(xué)科交叉創(chuàng)新平臺，其應(yīng)用場景延伸至類器官構(gòu)建、藥物篩選和個體化醫(yī)療。這些地面研究與太空實(shí)驗(yàn)形成互補(bǔ)，共同推動空間生命科學(xué)向前發(fā)展。

05 深空探索：從短期實(shí)驗(yàn)到長期生存
隨著各國航天機(jī)構(gòu)將目光投向月球基地和火星任務(wù)，長期太空生存面臨的生理挑戰(zhàn)愈發(fā)凸顯。
在太空微重力環(huán)境下，宇航員面臨骨質(zhì)流失、肌肉萎縮、免疫系統(tǒng)變化等多重健康威脅。而小鼠作為哺乳動物，其生理反應(yīng)與人類更為接近，能為科學(xué)家提供關(guān)于太空環(huán)境影響人體生理的寶貴數(shù)據(jù)。此次實(shí)驗(yàn)特別選用了兩雌兩雄四只小鼠，這種性別配置為未來研究太空環(huán)境對哺乳動物繁殖的影響奠定了基礎(chǔ)。

從果蠅到小鼠，從斑馬魚到太空人，每一次生物載荷的升級都標(biāo)志著空間生命科學(xué)的飛躍。四只“太空小鼠”的旅程只是一個開始，隨著中國空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的不斷深入，這些研究將為人類長期駐留太空、邁向深空提供關(guān)鍵科學(xué)支撐。未來，當(dāng)人類在月球建立基地，甚至遠(yuǎn)征火星時，今日這些小老鼠在太空中留下的足跡，將成為人類成為多行星物種的關(guān)鍵基石。

北京基爾比生物公司Kilby Gravity微重力培養(yǎng)系統(tǒng)——地面實(shí)驗(yàn)室模擬微重力環(huán)境的研究方法為探索微重力對人類身體的影響提供技術(shù)支持，并為再生醫(yī)學(xué)等生命科學(xué)領(lǐng)域帶來了新的研究思路和機(jī)會。

附：

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