太空研究如何帮助医生治疗地球上的病人——《华尔街日报》

2018年，NASA宇航员塞雷娜·奥尼昂-钱塞勒博士在国际空间站上为Angiex癌症治疗研究进行实验操作。图片来源：NASA太空医学研究正推动着可能造福地球患者的重大进展。

多项为太空探索开发的技术已转化为医疗产品。例如，红外体温计源自用于远程测量恒星和行星温度的红外传感器。

但越来越多的科学家正专门为人类健康开展太空研究。随着研究者认识到国际空间站（距地表约250英里的轨道运行）微重力环境（物体呈现失重状态）带来的独特可能性，太空医学研究兴趣与日俱增。

消除重力影响会改变生物系统特性，使地面无法实现的实验成为可能。研究人员正将材料送入太空，以研发针对癌症、心脏病、神经退行性疾病、失明等病症的治疗方案。

此类研究不仅限于民用医疗领域。随着人类为长期月球任务及最终的火星任务做准备，科学家们正在开发新技术，帮助宇航员应对长期太空旅行中的健康风险与医疗紧急情况。

高昂成本的合理性

太空研究面临多重复杂因素。首先是材料成本高昂，其次是将地球实验改造为能在国际空间站（由15个国家的五个航天机构组成的复杂合作体）上开展的项目所需的大量准备工作。自2000年11月以来，该空间站持续有人驻守。

有科学家认为，太空研究在发现疗法和创造普惠医疗工具方面的潜力，足以抵消其高昂成本与复杂性。“我们在太空开展的所有研究都可能应用于地球医疗，“戴夫·威廉姆斯博士表示。这位曾在哥伦比亚号航天飞机进行神经科学研究的专家，现任Leap Biosystems公司首席执行官，该公司专注开发天地两用虚拟临床医疗设备。

以太空飞行为例，已知会导致骨质肌肉流失、免疫抑制、中枢神经系统变化等影响。尽管这些效应有害，却成为科学家重点研究对象。美国国家转化科学促进中心前主任、现生物技术公司Vesalius Therapeutics首席执行官克里斯托弗·奥斯汀博士指出，宇航员绝大多数太空健康问题在返回地球后会自愈，研究这种逆转机制或为逆转地球衰老相关疾病提供线索。

国际空间站美国国家实验室首席科学官迈克尔·罗伯茨解释，微重力环境能在细胞层面模拟衰老效应，这使得科研人员通过数月研究就能获得地球上需数年才能取得的成果。

“太空中的现象类似于加速衰老，”雪松-西奈医疗中心董事会再生医学研究所助理教授阿伦·夏尔马表示，他透露自己曾参与将干细胞衍生的心脏细胞送往国际空间站的研究。“在微重力环境下，我们能更快地研究这些衰老过程。”

抗癌药物

与此同时，包括制药巨头默克、生物技术公司Axonis Therapeutics和LambdaVision在内的企业，正试图利用微重力环境改进现有疗法或优化实验性治疗。

默克公司一直在国际空间站进行实验，试图将其抗癌药物Keytruda转化为晶体形态。这款治疗多种癌症的药物在2022年创造了209亿美元的销售额，目前患者需要通过30分钟静脉输液给药。默克研究实验室科学家保罗·赖歇特解释，其活性成分派姆单抗是一种名为单克隆抗体的大分子，溶解性较低，因此难以开发出可通过简单注射使用的高浓度液体配方。

解决方案之一是将药物结晶化——这是小分子口服药的常规工艺。但赖歇特指出，对于大分子抗体药物而言，制造理想的晶体悬浮液极具挑战性。

为此默克决定在太空进行尝试。2017年公司将派姆单抗送往国际空间站，观察晶体在太空是否更易形成。在失重环境下，分子运动更缓慢且对流等作用力受限。赖歇特表示，空间站培育的晶体比地球产物更细小均匀。

在地面上，默克公司找到了模拟这些效应并培育高质量晶体的技术。目前他们正在进行长期稳定性研究，以期开发出可注射的Keytruda配方——与现有版本不同，这种配方能在室温下保持稳定。这将使该药物在冷藏条件有限的地区更易获得。

雷克特表示，这类研究需要数年时间，但可能最终开发出成本更低、更易施打且运输成本更低的Keytruda版本。

他补充道：“这将成为生物制剂给药方式的革命性突破。”

欧洲航天局宇航员托马斯·佩斯凯和默克研究实验室用于太空单克隆抗体晶体生长实验的设备。图片来源：美国宇航局### 意外发现

有时太空研究会带来意想不到的结果。

生物技术初创公司Angiex联合创始人、总裁兼首席运营官保罗·贾米内表示，他们试图更好地理解一种实验性抗癌药物与血管内壁正常细胞（即内皮细胞）的相互作用。问题在于，这些细胞在地面培养时通常会快速死亡，除非使用生长因子培养并将其转变为类似肿瘤内皮细胞的增殖状态。他指出，因此目前没有良好的正常内皮细胞培养模型来验证Angiex药物的预期毒性。

安吉艾克斯团队提出假设，认为在微重力环境下培养这些内皮细胞可能成为解决方案，并于2018年将细胞送往国际空间站。首席科学家杰米内特表示，这些细胞确实在太空中生长了，但随着它们适应微重力环境，呈现出地球上未曾见过的异常特征。

他指出，这项发现可能推动人类理解微重力对宇航员的影响。“在科学领域，意外发现往往具有极高价值，“他补充道。

但由于微重力环境下培养的细胞与正常内皮细胞存在差异，并表现出前所未有的病理状态，目前尚不清楚这些细胞是否适用于药物研发。他表示需要进一步研究来理解这种新型细胞状态，并验证其对于地球疾病研究的价值。

曾参与国际空间站安吉艾克斯研究项目的宇航员瑟琳娜·奥尼昂-钱斯勒博士表示：“当把细胞置于全新环境中时，你既会获得预期结果，也会遇到意外发现。“她同时担任巴吞鲁日路易斯安那州立大学健康科学中心的临床医学副教授。

今年八月，阿克索尼斯公司在微重力环境下成功促使人类两种脑细胞——神经元和星形胶质细胞——结合成三维脑模型的项目取得突破。该团队利用这个模型测试了旨在修复神经退行性疾病或脊髓损伤造成的神经连接损伤的基因疗法。

联合创始人兼首席科学官谢恩·赫加蒂表示，实验证明阿克索尼斯的基因疗法能精准作用于目标神经元，同时避开星形胶质细胞。他补充说明，在地面实验室中，神经元和星形胶质细胞只会形成二维平面结构，这既不能完全体现大脑的复杂性，也不利于推进基因疗法的研发。

他表示，这项研究的意义在于，科学家可以利用患者自身的细胞在太空中构建疾病模型，从而加速寻找治疗方法。

“任何药物研发工作都需要先建立一个优质模型，“赫加蒂指出。

视力修复计划

国际空间站上的一项长期研究是LambdaVision公司致力于为视网膜病变致盲患者恢复视力的项目。视网膜是眼球后部的感光组织。

首席科学官乔丹·格雷科表示，自2016年以来LambdaVision已向国际空间站发送了八次有效载荷，并发现其人工视网膜在微重力环境下组装效果更佳。

首席执行官妮可·瓦格纳解释道，微重力能使蛋白质分子在支架上实现更有序均匀的排列。若这款预计三年内进入临床试验的人工视网膜获得监管批准，公司将在国际空间站或商业空间站进行生产。

瓦格纳认为，考虑到视力修复疗法的市场需求，保险公司的赔付足以覆盖这项成本。“人工视网膜领域存在明确未满足的医疗需求，“她强调。

为将实验室流程改造适用于空间站，LambdaVision与太空生物技术公司Space Tango合作，将整个流程集成至一个金属鞋盒大小的设备中。瓦格纳介绍，这个自动化系统包含蛋白质、聚合物、溶液等人工视网膜组装材料，并配备摄像头让研究人员能在地面实时监控操作过程。

LambdaVision公司组装人工视网膜的设备。图片来源：LambdaVision另一家获得资助的生物科技公司Encapsulate也借助Space Tango平台，将载有患者癌细胞微肿瘤的生物芯片送入太空。该公司联合创始人兼首席执行官阿尔明·拉德表示，这些芯片可预测个体对药物的反应，帮助肿瘤学家定制治疗方案。

Space Tango首席战略官阿兰·贝林斯坦指出，在将科学家项目适配太空环境时，“我们必须去除人工操作环节，将所有流程整合进一个自动化箱体”。他提到，生物科技公司对这套地面自动化系统也表现出意外兴趣，“这为我们开辟了新的商业机遇”。

美国国家航空航天局计划2025年实施载人登月任务，最终将前往火星。诺丁汉大学药学院生物物理学教授菲尔·威廉姆斯表示，宇航员需要携带药物执行任务，但无法备齐所有可能需要的药品。

威廉姆斯解释，由于太空辐射强度高，药物降解速度更快。他正与NASA研究员林恩·罗斯柴尔德合作开发"太空药房”——一种公文包大小的按需制药系统。目前研究的方案之一是将微生物合成蛋白质的细胞机制与编码特定药物的基因序列结合，再配合治疗性蛋白质表达系统和DNA合成技术实现太空制药。

天体药房的概念可延伸至其他极端环境。他表示，如果这项技术在太空被证明有效，那么在地球上难以到达的地区同样适用。

“如果我们能为宇航员制备药物，就能为任何人制备，“威廉姆斯说。

布莱恩·戈姆利是《华尔街日报》记者，联系方式：[email protected]。

本文发表于2023年9月25日印刷版，标题为《太空研究如何指导地球医疗》。