为保障人类在太空长期生存,探究重力对早期哺乳动物胚胎发育的影响至关重要。自1965年起,多个物种参与太空生殖与早期发育实验,但此前尚无哺乳动物在太空完成完整生命周期。已开展的大鼠和小鼠太空实验,多研究微重力下肌肉适应情况,对胚胎发育研究较少。
Douglas M. Ruden et al.Mechanobiology in Medicine 2 (2024) 100081回顾了两项关于小鼠早期胚胎在太空微重力环境下发育的研究,对比了其与地球模拟微重力研究的差异,讨论了微重力对小鼠胚胎发育的影响,并对未来研究提出建议与展望。
- Lei等人的研究(2020年):利用自主研发的自动化微型培养箱(AMI),搭载中国SJ - 10可回收卫星,对3400个非冷冻2 - 细胞小鼠胚胎进行实验。胚胎在太空微重力(~0.001G)下培养64小时后固定并回收。研究发现,胚胎虽能发育至囊胚阶段,但囊胚形成率和质量下降,且出现DNA双链断裂、基因组低甲基化等现象,这些异常与地面低剂量辐射处理结果相似,表明宇宙辐射可能是导致发育缺陷的主要因素。
- Wakayama等人的研究(2023年):设计了胚胎解冻和培养(ETC)装置,由宇航员在国际空间站(ISS)上对720个冷冻2 - 细胞小鼠胚胎进行解冻、培养和固定。实验设置微重力(n = 360)和模拟1G(n = 360)条件。研究中部分胚胎成功发育为囊胚,但存在细菌污染问题,影响了囊胚发育率。此外,实验还观察到微重力下胚胎出现较高频率的孪生现象。
北京基尔比生物科技有限公司 研制的微重力clinostat:
-
可以进行细胞培养的同时,连续实时定量记录模拟环境的重力变化,便于观测模拟微重力或超重力效应下细胞、组织等变化规律和实现对实验环境的调节,且可直接放进培养箱,方便细胞的培养。
-
旋转提供微重力环境模拟(10-3G),同时提供超重力环境的模拟(2G,2.5G或3G)
-
可提供模拟环境下的重力监测,X 轴、Y 轴、Z 轴三维空间重力监测并显示实时重力数值,让研究人员实时采集了解模拟环境重力的精确变化。
-
摄像头监控设备运行状态,具有可以快速启动及程序预约功能
2. 研究对比与讨论:两项研究均表明小鼠胚胎在微重力下可从2 - 细胞发育至囊胚阶段,但对辐射影响的结论存在差异。Lei等人认为太空辐射影响胚胎发育,而Wakayama等人实验中虽辐射剂量更高,但囊胚质量与地面对照组相当。此前地面模拟微重力实验使用回转器,因产生剪切应力可能影响胚胎发育,与太空真实微重力环境略有不同。此次太空实验排除了剪切应力干扰,发现微重力下胚胎的孪生现象及细胞定位和分化的变化,表明哺乳动物在太空繁殖具有一定可行性,但对后代的影响尚未明确。
3. 未来研究建议与展望:未来太空胚胎研究应结合两项研究的优点,如采用“胚胎在盒中”的全自动化系统,便于宇航员在轨道上进行调整和操作。建议利用训练有素的胚胎学家的专业知识,开展更复杂的实验,如将囊胚胚胎移植到假孕小鼠体内。同时,应采用空间转录组学和空间表观基因组学等单细胞分析技术,深入研究微重力对胚胎发育的影响,并加强对太空电离辐射的研究 。
北京基尔比生物科技有限 公司主营产品:
3D-clinostat 三维旋转仪,
微/超重力三维细胞培养系统,
3D回转重力环境模拟系统,随机定位仪,
类器官芯片摇摆灌注仪,
英国Kirkstall 动态3D类器官仿生构建系统