时间旅行微型大脑执行征服太空任务

AlyssonMuotri的研究兴趣打破了空间和时间的障碍。Muotri从科幻电影中召唤出场景，研究大脑类器官——源自人类多能干细胞的微型大脑，表现出自发的神经振荡，或者换句话说，基本的脑电波。虽然它们非常好地模仿了人类大脑的发育，但它们作为研究阿尔茨海默氏病和痴呆症的模型的使用受到这些疾病迟发性的限制。为了克服等待数十年让脑类器官充分成熟的不切实际，Muotri将它们送往NASA太空任务以体验微重力。当它们返回地球时，细胞会加速老化，使它们成为生命后期出现的脑部疾病的理想模型。

是什么促使您决定与NASA合作?

我开始寻找加速大脑类器官成熟的方法，并看到了表明人类端粒的活动在暴露于微重力后会发生变化的文献。我认为太空旅行可能是一种使大脑类器官细胞老化的有趣方式，而无需在基因或药理学上操纵它们。我与加州大学圣地亚哥分校的一群科幻小说爱好者讨论了这些想法。我们问了这样的问题，如果我们在未来殖民火星，人类胚胎的大脑会正常运作吗?人类的大脑将如何在太空中发展?将人脑类器官送往空间站似乎是一个令人兴奋的项目。花了将近十年的时间才将这些想法付诸实践，因为资助机构起初并不感兴趣。我没有太空研究的经验，所以第一次任务是自筹资金的。一旦我们产生了结果，我就获得了后续任务的资助。

参见“一闪科学哲学——一颗冉冉升起的新星将脑力发射到外层空间”

你从以前的太空任务中学到了什么?

我们的任务通常持续一个月。当类器官返回时，我们进行基因表达研究和一些组织学分析。在第一个任务中，我们了解到类器官可以在微重力环境中生存。它们的形状不同，因为微重力会影响皮层形成过程中类器官细胞的迁移模式。任务后的基因表达显示出细胞衰老的迹象，例如炎症增加，并且我们发现端粒发生了预期的变化。第二次任务旨在验证第一次任务的一些发现。不幸的是，由于技术故障，我们与类器官失去了联系，无法喂养它们，因此它们最终死亡。为了准备即将到来的第三次任务，我们修复了系统硬件问题以提高可靠性。

在太空中研究类器官有哪些挑战?

我们在鞋盒大小的生物工程系统中培养类器官并优化它们的生存，该系统将在太空任务期间维持它们。该自主系统包括电池、培养箱、介质更换装置、照相机和显微镜。宇航员不维护类器官。他们只需将系统插入电源柜，在任务结束时将其取下，放回太空舱中，然后我们将其取回。我们在地球上创建同步控制来复制太空飞行的条件——例如，摇动盒子来模拟火箭上的湍流。我们使用模拟微重力作为对照，但我们不能连续重现微重力30天。即使使用生物反应器、离心机或其他模拟器等技术，也无法在地球上复制太空条件。你可以靠近它，但它不一样。我们还同时培养了几批类器官，以适应火箭发射计划在最后一刻可能发生的变化。

这项工作的更广泛影响是什么?

这项工作有可能改变游戏规则，用于模拟迟发性神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症。就细胞老化而言，我们估计在空间站上一个月相当于地球上的十年到三十年。如果我们能在太空中培养类器官六个月，然后研究它们对阿尔茨海默氏症的易感性，我们或许能够观察到斑块和缠结等疾病标志物的存在，并使用类器官来筛选药物。将空间站用作老化孵化器的想法可能具有变革性。

使用脑类器官的伦理考虑是什么?

这都是全新的。伦理考虑现在是一个灰色地带，随着我们迅速增加大脑类器官的复杂性，它可能会演变为包括正式的道德行为准则。研究人员现在正在使类器官血管化，使它们变得更大并表现出更多的神经振荡。他们还将视网膜附在身上，这样他们就可以开始接收视觉输入。当我们做这些事情时，我们越来越接近于模仿人脑，在这种情况下，核心问题就变成了：大脑类器官是否达到了它们自我意识的意识水平?如果是，它们的道德地位如何?