在模擬太空微重力環(huán)境下進(jìn)行大腦類器官培養(yǎng)，是當(dāng)前空間生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，以下從培養(yǎng)意義、培養(yǎng)方法、研究進(jìn)展、應(yīng)用前景四個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹：

培養(yǎng)意義

探索太空環(huán)境對(duì)人腦健康的影響：太空中的微重力、輻射等因素可能會(huì)干擾人類神經(jīng)系統(tǒng)功能，長(zhǎng)期在軌的航天員經(jīng)常出現(xiàn)頭暈、睡眠障礙、注意力減退等癥狀，但具體機(jī)制尚不明確。通過(guò)在模擬太空微重力環(huán)境下培養(yǎng)大腦類器官，可以進(jìn)一步研究腦類器官受到的影響，不僅有助于“還原問(wèn)題”，還有可能找出解決方案。

為地面腦疾病研究提供“加速窗口”：空間特殊環(huán)境能夠加速導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)衰老或功能衰退，為阿爾茨海默病、帕金森病等地面腦疾病研究提供相應(yīng)的“加速窗口”，助力早期診斷與治療評(píng)估方法的創(chuàng)新。

培養(yǎng)方法

使用微重力培養(yǎng)系統(tǒng)：如北京基爾比生物公司研制生產(chǎn)的Rotary Cell Culture System微重力培養(yǎng)系統(tǒng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)或雙軸回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，分散或增強(qiáng)重力矢量，模擬太空微重力或超重力環(huán)境。該系統(tǒng)可降低流體剪切力和重力沉降效應(yīng)，使細(xì)胞在懸浮狀態(tài)下自由組裝，形成更接近真實(shí)大腦的三維立體結(jié)構(gòu)。

結(jié)合器官芯片技術(shù)：在芯片上構(gòu)建腦類器官，并引入微流控系統(tǒng)精密控制營(yíng)養(yǎng)液流動(dòng)，模擬腦脊液循環(huán)；整合多細(xì)胞共培養(yǎng)，形成功能性血腦屏障；利用納米傳感器陣列實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)神經(jīng)電活動(dòng)與代謝變化。

研究進(jìn)展

國(guó)際研究：美國(guó)科學(xué)家曾將由干細(xì)胞制成的“類器官”送上國(guó)際空間站，發(fā)現(xiàn)這些“類器官”返回地球時(shí)狀態(tài)良好，且生長(zhǎng)速度快于地球上的“同類”。在微重力下生長(zhǎng)的“類器官”具有更高水平與成熟相關(guān)的基因，以及更低水平與增殖相關(guān)的基因，意味著細(xì)胞發(fā)育得更快，復(fù)制得更少。此外，在微重力下生長(zhǎng)的“類器官”炎癥較少，壓力相關(guān)基因的表達(dá)較低。

中國(guó)研究：2025年7月15日，一款腦類器官芯片搭載天舟九號(hào)貨運(yùn)飛船進(jìn)入太空，這是國(guó)際上首次將腦類器官芯片送入空間站。中國(guó)科學(xué)院團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上引入器官芯片技術(shù)，構(gòu)建的腦類器官芯片血管密度提升300%，神經(jīng)突觸傳導(dǎo)速度接近真實(shí)腦組織，成為目前最接近人腦微環(huán)境的體外模型。

應(yīng)用前景

太空醫(yī)學(xué)：為開(kāi)發(fā)神經(jīng)保護(hù)策略提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，保障航天員的神經(jīng)系統(tǒng)健康。

疾病研究：為神經(jīng)退行性疾病等地面腦疾病研究提供新的模型和工具，推動(dòng)疾病機(jī)制解析和藥物篩選。

再生醫(yī)學(xué)：為干細(xì)胞治療提供新的思路和方法，如通過(guò)微重力環(huán)境促進(jìn)干細(xì)胞增殖和分化，為組織工程和器官移植提供新的細(xì)胞來(lái)源。

總結(jié)

模擬太空微重力環(huán)境的大腦類器官培養(yǎng)，通過(guò)地面旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)系統(tǒng)或太空實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建含血腦屏障、神經(jīng)血管單元的三維模型，重點(diǎn)探究微重力對(duì)神經(jīng)突觸形成、信號(hào)傳導(dǎo)及基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的影響。其核心價(jià)值在于揭示重力依賴性腦發(fā)育機(jī)制，為航天醫(yī)學(xué)防護(hù)和神經(jīng)疾病研究提供跨尺度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。