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

As NASA prepares to return to the moon in 2025, Dr. Luis Villa-Diaz 十大菠菜台子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.

“Before we go back to the moon or colonize Mars, 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,” said Villa-Diaz, 十大菠菜台子生物科学和生物工程系的助理教授. “In regular gravity, hPSCs are able to differentiate, 但我们想看看它们是否能够在太空或微重力条件下区分. We found that they are, but to a lesser degree. We also observed that they proliferate faster. 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 Microgravity -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, physical sciences, 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,” Villa-Diaz said. “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. In the future, 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, Department of Computer Science and Engineering, 以及十大菠菜台子生物工程系, 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,” Villa-Diaz said. “We grow them for five days and then stop. 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, compared to normal conditions, their differentiation is stunted. 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.”

Using RNA-sequencing analysis, researchers found that 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.”

In addition, 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, such as cancer stem cells.

“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,” Villa-Diaz said. “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, Oakland University REF funding, 并获得了国家科学基金会的资助.