微重力是指極小的重力環(huán)境，主要在太空或?qū)ｉT模擬這種狀態(tài)的環(huán)境中出現(xiàn)。在微重力條件下，細(xì)胞對(duì)重力的響應(yīng)發(fā)生顯著變化，影響細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而影響細(xì)胞增殖、分化、通信和存活等關(guān)鍵過(guò)程。研究微重力對(duì)生物系統(tǒng)的影響對(duì)于保護(hù)宇航員健康和推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新具有重要意義。

 微重力對(duì)免疫系統(tǒng)的影響
微重力顯著影響免疫系統(tǒng)，削弱免疫細(xì)胞的發(fā)育、功能和響應(yīng)能力。例如，造血干細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞的能力受損，巨噬細(xì)胞的M1（促炎）和M2（抗炎和修復(fù)）亞型之間的平衡被打破，影響感染控制和組織修復(fù)。樹(shù)突狀細(xì)胞的功能也受到負(fù)面影響，其抗原呈遞能力下降。中性粒細(xì)胞數(shù)量增加但功能減弱，B淋巴細(xì)胞增殖減少且凋亡增加，自然殺傷（NK）細(xì)胞的細(xì)胞毒性活性降低。這些變化導(dǎo)致宇航員在太空環(huán)境中更容易感染。

 微重力對(duì)癌癥生物學(xué)的影響
微重力促進(jìn)了癌癥干細(xì)胞和甲狀腺癌細(xì)胞的球體形成，這些球體結(jié)構(gòu)更接近體內(nèi)腫瘤的動(dòng)態(tài)，為腫瘤學(xué)研究提供了新的視角。微重力還增強(qiáng)了組織再生能力，通過(guò)調(diào)節(jié)Hippo和PI3K-Akt等關(guān)鍵途徑，改善干細(xì)胞分化為造血和心肌細(xì)胞系。此外，微重力誘導(dǎo)肝代謝、內(nèi)皮功能和骨機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的顯著變化，導(dǎo)致脂質(zhì)失調(diào)、血管重塑和加速骨丟失。在器官水平上，微重力誘導(dǎo)的顯著變化包括肝代謝、內(nèi)皮功能和骨機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致脂質(zhì)失調(diào)、血管重塑和加速骨丟失。值得注意的是，來(lái)自人類多能干細(xì)胞的心肌細(xì)胞在微重力下培養(yǎng)時(shí)，表現(xiàn)出增強(qiáng)的線粒體生物發(fā)生、改善的鈣處理和結(jié)構(gòu)成熟度的提高，包括肌節(jié)長(zhǎng)度增加和核偏心度增加。這些進(jìn)步使得功能性心肌細(xì)胞的發(fā)育成為可能，為治療心臟病（如心肌梗死）提供了有希望的治療機(jī)會(huì)。

微重力對(duì)組織和器官系統(tǒng)的影響
微重力對(duì)微血管內(nèi)皮細(xì)胞、肝代謝和腸道穩(wěn)態(tài)、骨健康和機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)以及腎臟細(xì)胞都有顯著影響。例如，微重力抑制微血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，影響血管修復(fù)；在肝臟中，微重力導(dǎo)致脂質(zhì)積累和炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，影響肝代謝；在腸道中，微重力導(dǎo)致菌群失調(diào)和內(nèi)毒素血癥；在骨骼中，微重力導(dǎo)致骨質(zhì)流失加速。此外，微重力還影響腎臟細(xì)胞的代謝，導(dǎo)致氧化磷酸化和脂肪酸氧化基因表達(dá)降低，同時(shí)增加纖維連接蛋白（FN1）、基質(zhì)金屬蛋白酶7（MMP7）和TGFBI的表達(dá)。

微重力對(duì)干細(xì)胞和細(xì)胞再生的影響
微重力對(duì)干細(xì)胞的增殖和再生能力有顯著影響。例如，微重力暫時(shí)失活Hippo途徑，促進(jìn)細(xì)胞增殖和組織修復(fù)。此外，微重力還影響造血干細(xì)胞的分化，通過(guò)激活特定基因和途徑（如RUNX1、SOX17和GATA3）來(lái)促進(jìn)造血干細(xì)胞的建立、多能性維持和成熟。PI3K-Akt和mTOR途徑也參與這一過(guò)程，STRIAK作為調(diào)節(jié)因子。

 微重力對(duì)病原體毒力的影響
微重力環(huán)境下，細(xì)菌病原體如沙門氏菌和大腸桿菌表現(xiàn)出更高的毒力、抗生素抗性、應(yīng)激耐受性和生物膜形成能力。這些變化對(duì)宇航員健康、太空探索以及預(yù)防太空環(huán)境中的食源性疾病具有重要意義。

 

北京基爾比生物科技有限公司 研制的微重力clinostat：

1. 可以進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的同時(shí)，連續(xù)實(shí)時(shí)定量記錄模擬環(huán)境的重力變化，便于觀測(cè)模擬微重力或超重力效應(yīng)下細(xì)胞、組織等變化規(guī)律和實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的調(diào)節(jié)，且可直接放進(jìn)培養(yǎng)箱，方便細(xì)胞的培養(yǎng)。
 

 2. 旋轉(zhuǎn)提供微重力環(huán)境模擬（10^-3G），同時(shí)提供超重力環(huán)境的模擬（2G，2.5G或3G）

3. 可提供模擬環(huán)境下的重力監(jiān)測(cè)，X 軸、Y 軸、Z 軸三維空間重力監(jiān)測(cè)并顯示實(shí)時(shí)重力數(shù)值,讓研究人員實(shí)時(shí)采集了解模擬環(huán)境重力的精確變化。

 4. 攝像頭監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，具有可以快速啟動(dòng)及程序預(yù)約功能

微重力對(duì)生物過(guò)程有深遠(yuǎn)影響，包括免疫反應(yīng)、細(xì)胞增殖和組織再生。這些影響對(duì)人類健康有重要意義，特別是在長(zhǎng)期太空旅行中。微重力研究不僅有助于保護(hù)宇航員健康，還為再生醫(yī)學(xué)、癌癥治療和免疫功能管理提供了新的機(jī)會(huì)。