俄亥俄州立大学教授研究微重力对人类多能干细胞的影响

随着NASA准备在2025年重返月球， Dr. Luis Villa-Diaz 韦德体育app官网的一组研究人员一直在研究微重力的影响——微重力是我们在地球上最接近零重力的状态, 就像在国际空间站上发现的——人类多能干细胞(hPSC). 这些细胞有能力通过自我更新机制保持未分化，或者分化成人体中几乎任何类型的细胞.

Dr. 维拉-迪亚兹的实验室一直在研究人类多能干细胞，比如联邦政府批准的胚胎干细胞，以及他实验室产生的诱导多能干细胞.

“在我们重返月球或殖民火星之前, 我们需要研究在这种环境下身体里的每一个细胞会发生什么,维拉-迪亚兹说, 韦德体育app官网生物科学和生物工程系的助理教授. 在正常重力下, 造血干细胞能够分化, 但我们想看看它们是否能够在太空或微重力条件下区分. 我们发现确实如此，但程度较低. 我们还观察到它们增殖得更快. 这证实了微重力增强了它们的自我更新，但阻止了分化.”

这表明在微重力条件下，造血干细胞的行为是不同的.

这项研究本月发表在 npj微重力 -一本开放获取的科学杂志，致力于报道生命科学领域的重要研究, 物理科学, 以及工程领域——可以更好地理解微重力对太空中人类的影响, 以及它在个性化和再生医学方面的潜在应用.

“这项研究在地球上的一个潜在应用是，如果我们在微重力条件下培养，我们可以以更快的方式产生更多的多能干细胞,维拉-迪亚兹说. “例如，hPSCs可以被诱导产生心肌细胞，这是心脏的细胞. 如果我心脏病发作，几十亿的心肌细胞就会死亡. 在未来, 如果我们想通过细胞移植再生心脏, 我们需要用健康的细胞代替那些细胞, 而获得所需的大量细胞的更快的方法是通过微重力.”

与生物科学系的研究生和本科生以及教师合作, 计算机科学与工程系, 以及韦德体育app官网生物工程系, Villa-Diaz设计了一个快速旋转的二维恒温器来研究模拟微重力对hPSCs的生物效应.

“我们把细胞放在这个设备里的培养箱里旋转，然后我们培养它们，看看会发生什么,维拉-迪亚兹说. “我们种植它们5天，然后停止. 我们观察到的是，与正常重力条件相比，它们的增殖实际上增加了.

“与此同时，我们做的另一个实验是在五天内诱导分化. What we observed is the cells are able to start differentiating when we provide these signals in microgravity; however, 与正常情况相比, 它们的分化受到阻碍. 微重力是一种对抗分化的方式，因为它实际上增强了它们的自我更新，防止了分化.”

使用rna测序分析, 研究人员发现PSMD11, 一种蛋白质编码基因的作用是降解其他蛋白质——尤其是那些用于细胞分化的蛋白质——在微重力条件下几乎在每一条被修饰的途径中都高度表达.

维拉-迪亚兹说:“从本质上讲，PSMD11阻止了它们的分化. “如果我们能找到一种‘把它关小’的方法，我们就能在微重力下诱导分化.”

除了, 了解更多关于PSMD11基因在正常干细胞分化中的作用，也可以更好地了解它对异常干细胞的影响, 比如癌症干细胞.

“如果微重力增强癌细胞的自我更新，我们已经确定了这样做的机制, 我们可以开始针对这些特定的信号机制，防止它们扩散,维拉-迪亚兹说. “这很重要，因为微重力或零重力对癌症干细胞的影响与造血干细胞相同, 这将对太空中宇航员的健康产生不良影响.”

这项研究得到了密歇根太空资助联盟的资助, 韦德体育app官网REF资助, 并获得了国家科学基金会的资助.