太空肿瘤计划 零重力系统 微重力系统  微重力模拟实验系统装置

已有研究表明，生活在太空中的宇航员会遭受不可逆转的伤害，例如大脑萎缩、DNA变异、染色体端粒变短等等，造成这些伤害的主要原因可归因于宇宙中的强辐射和微重力环境。对此，一些人甚至将太空描述为“地狱”一般的存在。然而，一项新研究显示，微重力似乎可以有效杀死（Neutralise）癌细胞，用于治疗癌症。生物医学家Choshua Choi长期研究微重力对于人体内药物与细胞的影响。而初步研究表明，微重力或许是杀死体内大多数癌细胞的一种手段。这一灵感源于与伟大的科学家史蒂芬·霍金的对话。霍金曾说过一句话，“宇宙中没有什么东西能够摆脱重力的影响。”过后，Choshua的朋友不幸患上癌症，这时他突然想起霍金先生曾经说过的话，于是联想到微重力可能会对那些顽固不化的癌细胞产生影响。癌症是由于癌细胞不受控制地分裂并扩散而形成的，这些癌细胞会不断地聚集在一起，形成肿瘤影响心脏、肺、脑等器官的功能。而攻克癌症最大的难处就是我们不知道癌细胞是何时开始形成并聚集扩散的。但是这些参与形成肿瘤的癌细胞间似乎存在某种机制，会相互感知并聚集。研究人员发现，癌细胞得以聚集主要依赖彼此之间的机械力，且很大程度上受重力环境干扰。由此可见，微重力的太空环境似乎可以破坏癌细胞的聚集及扩散方式，更好地被人体自身免疫系统所清除。随后，Choshua及其研究团队在实验室中模拟了微重力环境对癌细胞的影响，结果显示：测试的4种癌细胞（卵巢癌、乳腺癌、鼻癌和肺癌）在微重力环境下的死亡率高达80-90%！（包括死亡与游离癌细胞）正常细胞突变成癌细胞后，癌细胞起初和正常细胞一样繁殖，而且活动范围比较有限，因此早期癌症患者几乎不出现症状。经过几年的发展，癌细胞从局部区域开始扩散到周围的区域，由于它们具有无限增殖的特点，导致癌细胞的增长十分迅速，比正常的细胞繁殖还要可怕。同时因为癌细胞的易转移，它们可以轻易地从一个部位扩散到其他部位，从而引起健康部位的病变。在繁殖发展的过程中，癌细胞不仅与正常细胞抢夺营养和能量，还会直接侵袭正常的细胞，让它们变成癌细胞。因此如果癌症早期不进行及时治疗的话，到了中期治疗难度就提高了很多。太空微重力环境会对癌细胞产生什么作用？在这方面，澳大利亚悉尼科技大学的华人科学家约书亚·周从2014年就开始研究人体细胞在微重力环境下受到的影响。由于无法获得在太空环境中实验的机会，所以他与他的研究生共同设计了一款模拟微重力环境的装置。这个装置里面设置了一个小型离心机，它的作用就是模拟微重力环境。实验开始之前，研究人员从不同的癌症患者身上获取癌细胞样本，最后将乳腺癌细胞、卵巢癌细胞、肺癌细胞和鼻咽癌细胞放入离心机的不同层次里，然后启动离心机，调整它的转速以达到微重力的状态。经过24小时的零重力模拟，研究人员发现有八成以上的癌细胞都死亡了。在远离地球重力的太空中，科学家们意外地发现了一种对抗癌症的新可能——微重力环境对癌细胞的生长和扩散具有显著的抑制作用。这一发现源于对癌细胞在太空环境中行为的深入观察和研究。微重力实验室：服务太空，反哺地球。微重力是指在重力的作用下，系统的表现重量远小于其实际重量的环境。在太空中，特殊环境条件有微重力、强辐射、高真空等，其中最为显著的就是微重力。在地球上进行实验测试时，某些参数可以当作独立的变量，如温度、基质浓度等。这些变量可以改进，其对因变量的影响也可以测量。然而，重力是个恒量：在绝大多数地表上，重力值为9.81m/s。在药物开发过程中，受重力影响下，存在晶体纯度不够、蛋白质结构排列不均匀、细胞只能以2D结构培养等问题。在太空中，重力加速度约为1×10-6m/s ，也就是微重力。通常来说，微重力引起的可观测反应可分为直接或间接影响。微重力产生的直接影响有可感觉到的加速信号或可测量到的重力变化、变形（张力、变曲和扭曲）或器官及细胞器的位移，例如在空间站的宇航员由于下肢骨卸荷，会引起每月1.7%的骨质脱钙。

另一方面，间接影响是指在产生直接影响之前，微重力所引起的变化。例如在试管液体媒介里，细菌生长的细胞外环境会发生变化，这会导致对抗生素的敏感度降低或毒性的增加。这两方面的影响都可以并已经运用于药物开发的新平台。6月12日在奥地利维也纳拍摄的发布会现场，不患癌和患了癌能治愈癌症是地球人共同的心愿，尽管今天已经有很多研究成果，但是现实的状况是，即便根据世界卫生组织的关于癌症的三个三分之一的评估，还是有相当多的癌症是难以治愈的。

因此，预防和治愈癌症是每个人的共同心愿。在地球上不能认识的事物，或认识不太清楚不全面的规律，或许可以在太空探寻到真谛；在地球上不能获得突破的研究或许可以在太空获得突破；在地球上不能治愈的疾病，或许可以在太空治愈。其实，早在“太空肿瘤”研究项目真刀实枪地在太空进行之前，就有很多研究人员在模拟太空环境下探索肿瘤细胞的生长、转移、致病等的规律和本质了，而且取得了相当惊喜的发现。

癌症之所以对人危害极大，是因为肿瘤细胞有两种重要特性，一是无限制地持续增殖，另一是癌细胞转移和侵袭其他良性组织和细胞。如果能限制癌细胞的这两个主要特性，就有可能抑制和治愈癌症。

实际上，这在太空环境下的确有可能实现，因为，在太空的微重力环境下，可以对癌细胞的形态、基因表达、癌细胞的致癌性及转移性都有明显的抑制作用。同时，在微重力和正常重力情况下处理乳腺癌细胞24小时、48小时、72小时，对比发现，经微重力处理的乳腺癌细胞的侵袭性和转移能力都比在正常重力条件下的乳腺癌细胞减少减弱了。

当然，太空环境抑制肿瘤也与癌细胞的形态变化有关，其中细胞骨架变化是重要原因之一。

但是，与肿瘤细胞相反，太空环境反而会增强致病菌的致病能力。近年的实验表明，微重力环境可能导致细菌毒力增强，可能的原因在于细菌的基因有了适应环境的突变。

过去的研究只是在航天飞机上，或者模拟微重力环境，时间有限，多数是几个小时到几天。

现在，有了空间站的更好环境，加上各国同行科学家的合作，可以在空间站进行更长时间的研究，而且又是真实的太空环境，因而取得的研究结果更为可靠。

空间站能提供微重力、太空辐射、高真空的真实条件，获得科学研究结果更可靠，这些结果应用于地球上的人类时，预防和治愈癌症，以及治愈人间的其他疾病就有了新途径和新手段。

所有人都在翘首以盼中国空间站的科研成果。即便去空间站太贵太不方便，也可以模拟太空微重力环境来治疗疾病。在9个已批准的进入中国空间站的研究项目中，能直接造福于人的希望最大的莫过于肿瘤研究，如果取得实质性成果，未来癌症患者有可能飞往太空或模拟太空环境治愈癌症。换句话说，人类征服癌症或许在太空。这些项目除了7个项目涉及空间物理、天文和太空环境外，有2个属于生物医学，甚至是兼有基础和临床研究内容。一个是“太空肿瘤；另一个是“微重力对致病菌生长和生物膜产生的影响”。

这两项研究虽然都是在太空，但是很接地气，地球上的任何人都可以从中获益良多。目前，微重力主要被运用在以下三个药物开发方面。一是用于预测疾病模型的细胞培养。我们知道，在微重力环境下，细胞将被影响而改变其生长模式。在地球上培养用于观测的细胞，通常以2D结构展开，而在微重力环境下，细胞能够以3D结构展开，这种3D结构与细胞在人体中存在的结构一致。拿癌细胞进行说明，癌细胞在地球上难以攻克的一大原因就在于癌细胞扩散和增长的临界点无法确定。生物医学研究上，癌细胞感知彼此的唯一方式是通过机械力，这些力是在有重力的环境中进化而来。如果将癌细胞置于微重力环境中，研究人员不仅能以3D结构进行观察，重力的缺乏也有希望阻碍癌细胞分裂和扩散。此外，微重力条件下造血和神经干细胞的研究，有助于了解干细胞是如何增殖和定向分化的，这可能会让治愈白血病和老年痴呆等疾病不再是难题。二是用于人类器官疾病建模和观察。

开发微型、简化类器官模型，可以确定一些用于治疗的全新药物。在微重力环境中，科学家有希望能够将特定的成体干细胞培育到更成熟的水平——三维结构的类器官。微重力还会导致免疫功能障碍、骨质流失、心血管失调和骨骼肌丧失等疾病。对这些微重力下的疾病研究能够加快慢性疾病的有关研究进程，有助于分析和测试加速衰老或疾病模型中的治疗方法。三是直接的药物研究，分析蛋白质和大分子等。通过将药物搬到太空进行实验，可能会取得新突破。许多分子在微重力下能形成更大、组织更好的晶体，这有助于科学家研究对健康和疾病重要的分子的功能，例如天然蛋白质和激素或药物。此外，微重力还可以被运用在推进流体学和生物技术方面。微重力对流体动力学有重大影响，有助于研究涉及流体的生物医学设备相关的复杂因素——特别是在纳米级。因此，微重力有助于改善药物输送系统或医疗保健诊断工具。目前，已经有国外科学家设计的“太空中的肿瘤”项目将送上中国空间站做实验。不仅仅针对癌症，中国空间站完成建设后还要开展各个领域的科学实验，包括空间生命科学、空间材料科学、微重力流体物理、空间基础物理、空间天文与天体物理学、空间环境等等。微重力环境下，抗癌药物开发，在太空的微重力环境下，可以对癌细胞的形态、基因表达、癌细胞的致癌性及转移性都有明显的抑制作用。