【科學(xué)網(wǎng)】北理工生命科學(xué)載荷完成全部實驗任務(wù)
發(fā)布日期：2017-05-08 供稿：科學(xué)網(wǎng) 編輯：楊晶 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標(biāo)題：空間搭載：“泛舟”太空的微型生命科學(xué)實驗室
原文鏈接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/5/375667.shtm
在“天舟一號”貨運飛船搭載的多項科學(xué)載荷中，有這樣一個生命“小立方”，在軌期間它自動化實施了多種細胞在軌共培養(yǎng)和分析，進行了一次對中國空間生命科學(xué)研究意義深遠的探索實踐。
5月3日，這個由北京理工大學(xué)生命學(xué)院鄧玉林教授團隊完全自主研制的“空間微流控芯片生物培養(yǎng)與分析載荷”，完成全部實驗任務(wù)，實現(xiàn)了全部實驗數(shù)據(jù)的下行傳輸，達到了預(yù)定的任務(wù)目標(biāo)，圓滿完成了飛行搭載任務(wù)。
航天員健康研究的關(guān)鍵一步
隨著中國空間站計劃的逐步實施，中國航天員長期在軌飛行將成為常態(tài)。研究表明，長期的太空飛行，會導(dǎo)致航天員產(chǎn)生焦慮、抑郁、失眠及大面積潰瘍、免疫力低下等神經(jīng)和免疫系統(tǒng)問題。
“面對空間微重力、輻射、噪音和幽閉環(huán)境等，關(guān)注航天員的生命健康，成為我國載人航天領(lǐng)域中十分迫切研究的問題。”鄧玉林接受《中國科學(xué)報》采訪時說。
為此，他們立足在神經(jīng)與免疫系統(tǒng)方面多年的研究積累，經(jīng)過反復(fù)論證，在本次飛行搭載任務(wù)設(shè)計時將科學(xué)問題聚焦于空間環(huán)境下的神經(jīng)與免疫系統(tǒng)相互作用。
針對復(fù)雜空間環(huán)境影響，研究人員通過精巧設(shè)計，讓神經(jīng)細胞、膠質(zhì)細胞和免疫細胞在微流控細胞培養(yǎng)芯片上進行在軌共培養(yǎng)，并進行自動在線分析。通過觀察各種細胞在空間環(huán)境下的形態(tài)變化和遷移情況，并檢測培養(yǎng)基中與細胞相互作用相關(guān)的神秘物質(zhì)，以期了解神經(jīng)與免疫系統(tǒng)之間的相互作用規(guī)律和機制，獲得能夠表征航天員身體健康狀況的標(biāo)志物。
“通過單次搭載不可能一下子把這些問題都解決，還需要開展更加全面的地面研究，并與地面研究進行對照。”鄧玉林說，“空間搭載在整個研究環(huán)節(jié)中是最重要也是最關(guān)鍵的，這項研究對今后長期在軌飛行的航天員健康保障意義重大。”
方寸空間探秘太空細胞新現(xiàn)象
簡單來說，這個生命“小立方”是一個集多細胞生物共培養(yǎng)、細胞影像分析、在軌在線樣品處理和生化分析以及遙操作自動化等多項技術(shù)于一體的空間生命科學(xué)實驗平臺。
“對神經(jīng)細胞和免疫細胞進行共培養(yǎng)，并自動在線開展相應(yīng)的檢測分析，即使是在地面實驗室中，實現(xiàn)起來都很困難，目前也沒有集成化的儀器。”北理工生命學(xué)院副教授李曉瓊向《中國科學(xué)報》記者介紹說，“這種培養(yǎng)必須做到神經(jīng)和免疫細胞‘共生不碰面’，而生長環(huán)境卻又要相互聯(lián)系貫通，這實際上是在一定程度上模擬人體中腦與外周免疫系統(tǒng)。”
而在培養(yǎng)之后實施的在線檢測與分析，不僅要檢測兩種細胞各自變化的“不同”，還要檢測其共同生長環(huán)境中的“相同”，這就是所謂的神秘物質(zhì)。“所獲得的第一手數(shù)據(jù)將是研究空間環(huán)境對航天員健康損傷的寶貴資料，并服務(wù)于建立空間環(huán)境損傷的預(yù)警研究，為長期載人飛行健康保障以及深空生命信息探測提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。”鄧玉林說。
在空間完全自動化地實現(xiàn)復(fù)雜的生命科學(xué)實驗，并且還要滿足一系列嚴苛的搭載要求，這不僅要求項目團隊具備較高的生命科學(xué)研究能力和深厚的學(xué)術(shù)積累，還要具備極高的研制載荷裝置的工程實現(xiàn)能力。
李曉瓊舉例說，載荷中的兩個用于觀測的小鏡頭，就是因為“天舟一號”提供的有限功耗，使得鏡頭一再減少并修改，類似這樣因搭載條件而帶來的技術(shù)困難和挑戰(zhàn)可謂屢見不鮮。
面向中國空間站的超前部署
“最先進最復(fù)雜的空間生命科學(xué)實驗載荷”，在今年年初召開的“天舟一號”搭載項目研制總結(jié)評審會上，專家組給予北理工的生命“小立方”高度評價。
李曉瓊告訴記者，這種巧妙的細胞共培養(yǎng)和檢測實驗設(shè)計，也可以用于開展其他不同細胞的相互作用研究，為空間生命科學(xué)研究提供了一個新的、先進的研究工具和平臺。
其實，北理工生命學(xué)院在空間生命科學(xué)儀器研制方面，早已具有多年的研究積累。北理工生命科學(xué)載荷曾先后于2011年和2016年搭乘“神八”和“長七”遨游太空。
“每一次都是新的挑戰(zhàn)。此次是眾多關(guān)鍵技術(shù)的集大成，無論是載荷的集成與自動控制技術(shù)、細胞在線監(jiān)測在線分析還是實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀黜椉夹g(shù)，都是由團隊成員通過自主創(chuàng)新完成的。”北理工生命學(xué)院副研究員馬宏深有感觸地說。
據(jù)了解，本次載荷項目來源于他們所承擔(dān)的2012年科技部國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項“空間多指標(biāo)生物分析儀器開發(fā)及應(yīng)用”的研究成果。
鄧玉林表示，這個專項一定意義上是為中國載人空間站進行超前部署。“目前我們在‘天舟一號’上的工作已經(jīng)告一段落，面向中國空間站我們還將開展大量工作。”
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