微重力是脑类器官科研最紧迫且最未被充分理解的神经风险因素

 

一、研究背景与意义

（一）太空探索中的关键问题

随着人类近期的太空探索活动不断推进，长期轨道旅行中保障人类大脑健康与正常功能至关重要。在太空飞行相关的众多环境压力因素（如宇宙辐射、昼夜节律紊乱、高碳酸血症等）中，微 重 力是最紧迫且了解最少的因素。

编辑

Kilby类器官与器官芯片

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（二）微重力对大脑的已知影响

多项研究已证实长期暴露于微重力会对神经系统多个方面产生影响：

1. 长期驻留国际空间站（ISS）的宇航员，其脑室总体积显著增加（10.7%），而短期任务宇航员无此变化；
2. 长期微重力暴露会使全脑白质体积增加（5.5%），且该效应可持续 12 个月（4.6%）；
3. NASA 宇航员和俄罗斯宇航员在太空飞行 6 个月后，脑血管周围间隙扩大，这与微重力导致的血流动力学改变和脑脊液流出减少相关，且可能与航天相关神经眼综合征（SANS）的发生发展有关。

（三）现有研究的局限性

1. 数据获取受限：多数数据无法在太空环境中直接获取，仅能反映飞行后的残留效应；
2. 样本量不足：研究对象多为宇航员，样本规模极小，难以全面揭示微重力对大脑的影响机制。

二、研究方法与技术方案

（一）核心模型：三维人类皮层脑类器官

Muotri 实验室采用三维人类皮层脑类器官作为模型系统，该类器官源自诱导多能干细胞（iPSCs），遵循模拟人类神经发育的定向分化方案，能够更真实地模拟人类大脑细胞和组织的生理状态。

（二）太空培养系统

可在太空中维持类器官培养数周，已成功完成两次 ISS 任务，获取微重力相关的独特表型数据。

（三）对照与验证设计

通过地面测试明确类器官生理基线和存活限制，以排除发射模拟等其他太空飞行压力因素的干扰，确保研究结果的特异性；同时实现太空环境中直接采集数据，更高效捕捉微重力对神经组织的即时影响。

北京基尔比生物【回旋式全自动微重力类器官培养系统】——用户现场安装：2026启新之际，北京基尔比3D细胞类器官系列仪器安装实例展示

北京基尔比生物研制的细胞回旋仪（微重力类器官培养系统），专为太空舱、抛物线飞机、回转器及随机定位仪等微重力或模拟微重力场景设计，可实现全流程无人值守。与常规回转器相比，该系统在 28 d 内将 iPSC-脑类器官的凋亡率由 35 % 降至 8 %，突触蛋白表达量提高 2.3 倍，并已通过地面90 d 环境可靠性试验，例如模拟在轨神经退行性疾病模型实验。

用户案例：

中国中医科学院中药研究所、上海交通大学生科院，中山大学医学研究中心，中科院动物所，哈工大空间医学中心，浙江大学基础医学院等用户采购北京基尔比生物科技公司Kilby Gravity微重力培养系统,

三、研究核心目标

1. 探究太空飞行对发育中大脑的影响，明确人类大脑能否在地球大气层外正常发育；
2. 利用微重力环境的潜在优势，研究其是否会诱导脑细胞出现加速衰老相关症状，若成立，可建立更高效的衰老相关疾病（如阿尔茨海默病、痴呆症）研究模型；
3. 优化太空环境下的类器官培养技术，为未来空间组织培养奠定基础。

四、微重力环境的潜在研究价值

1. 已知微重力可诱导干细胞来源的心肌细胞出现加速衰老相关症状，若脑细胞存在类似现象，可缩短衰老相关疾病表型的出现时间，解决当前此类疾病因临床症状出现较晚、模拟周期长导致的研究困境；
2. 为地球相关疾病研究提供更真实、高效的模型，推动疾病机制研究与治疗方案开发。

五、脑类器官技术的发展现状与未来方向

（一）当前进展

脑类器官技术已能模拟中枢神经系统多个区域，包括海马体、小脑、脉络丛等；研究人员正尝试构建血管化类器官，以实现更大规模、更成熟的组织结构。

（二）未来展望

1. 联合优化类器官技术，研究大脑区域间的相互作用及相关机制，拓宽神经科学发现的边界；
2. 推进干细胞领域与太空环境的结合，探索 ISS 上大规模生产干细胞来源脑类器官的可能性，助力人类太空探索的长远发展。

六、参考文献的作者与机构信息

（一）作者

Luisa Coelho、Alysson R. Muotri

（二）研究机构

1. 美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校医学院儿科系；
2. 美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校医学院细胞与分子医学系；
3. 美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校人类起源学术研究与培训中心（CARTA）、卡维利脑与心智研究所、考古化中心（ArchC）。

附：

北 京 基 尔 比 生物科技公司主营产品：

Kilby 多通道3D细胞培养系统，

Kilby Gravity 微重力类器官培养系统，

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Kirkstall Quasi Vivo 类器官3D串联芯片灌流培养系统