太空小白鼠研究有助于骨質疏松癥的治療

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太空小白鼠研究有助于骨質疏松癥的治療

Rodent Research Contributes to Osteoporosis Treatments

在國際空間站上工作生活的航天員的身體需承受嚴峻的考驗，例如，每日多次的日出日落會破壞人體生物鐘，失重會造成骨質疏松和肌肉萎縮，等等。為了實現長期的載人航天探索，美國國家航空航天局（NASA）一直在開展研究，以應對太空環境對人體造成的影響，例如，NASA開發了特殊的照明裝置，幫助航天員入睡；制訂了嚴格的鍛煉手冊，幫助航天員保持身體健康。但是，骨質的流失仍在發生。

NASA埃姆斯研究中心的首席科學家Jacob Cohen說：“NASA的科學家和其他研究人員都知道，這種骨質流失是由于超重和失重，以及長期在失重環境下缺失重力對人體的作用而造成的。了解人體對太空環境的反應可幫助NASA開發出更有效的措施，來對抗這些不利影響，實現長期太空探索，同時也能幫助地球上的人們開展相關疾病的治療。作為科學家，我們想知道引起骨質疏松和肌肉萎縮的機制分別是什么。我們希望航天員盡可能地保持健康，以使其在回到地球之后，能夠正常地生活?！?/p>

被用于微重力太空醫療實驗中的小白鼠

而在地球上，骨質疏松癥的患者主要是中年婦女和老年男性。

美國安進（Amgen）公司是美國加利福尼亞州千橡市的一家生物科技公司，多年來一直致力于開發治療骨質疏松的新方法。Louis Stodieck是美國科羅拉多大學博德分校的教授，兼任BioServe航天技術公司的董事。Amgen公司聯合Louis Stodieck，與NASA合作，共同設計了一種基于嚙齒動物的實驗，使航天員和地球上的人類都能夠從中受益。

Louis Stodieck解釋說：“如果能夠選出合適的動物類型，以預測人類在特殊環境下的反應，以及人類對所采取的應對措施的反應，通過這些動物實驗，就可以評估環境對人類產生的影響，以及相應的應對措施的效果。”

在該項研究中，研究人員計劃把小白鼠送入太空進行短暫的太空旅行。利用NASA埃姆斯研究中心設計的商業生物醫藥測試模塊（CBTM），研究人員將30只大約10周大的小白鼠分成兩組，其中15只在發射前一天注射骨硬化蛋白抗體分子，而另外15只作為空白對照組。此外，還有兩組小白鼠分別采取同樣的方式進行處理，但不進入太空，留在地球上。Amgen公司骨硬化蛋白項目的學術帶頭人Chris Paszty解釋說：“骨硬化蛋白是一種由骨頭分泌的蛋白質，能夠使身體抑制新骨的形成。而骨硬化蛋白抗體分子能夠抑制這種蛋白質的產生，促進骨骼形成，從而增加礦物質含量，改善骨骼結構，提高強度?！崩碚撋现v，與空白對照組相比，在進入太空之前被注射骨硬化蛋白抗體的小白鼠的骨頭，在隨航天飛機進行的為期兩周的太空失重實驗中，所產生的骨質流失程度要低。Chris Paszty說：“我們知道，骨硬化蛋白的產生受機械負荷控制，但我們并不確定，在失重狀態下，當骨骼生長的機械負荷完全消失時，骨硬化蛋白抗體是否仍會促進骨的生成，并能夠增強骨的強度。”

Chris Paszty和Louis Stodieck都指出，對于一種新療法來說，雖然太空實驗并不是臨床研究和美國食品藥品監督管理局（FDA）審批的要求，但是利用太空實驗方法卻能夠學到很多基礎生物學知識。在地球上，雖然能夠通過安排人體實驗對象臥床幾個月來模擬微重力的影響，但是太空實驗所獲得的真實數據更能真實地體現宇航員所面對的環境挑戰。Louis Stodieck還表示：“太空的一些獨特屬性使得利用適合類型的動物開展骨質流失和肌肉萎縮的治療效果等的評估很有意義，但是這些在人體上進行測試是非常困難的，因為航天員的數量很少，實驗樣本的數量非常少。相比之下，小白鼠的太空實驗則能夠使用很少的資源而提供較大數量的樣本。此外，小白鼠的壽命很短，為期兩周的太空之行便能夠揭示其生物學的趨勢和影響，為預測長期太空生活對人體產生的影響提供有用的數據?！?/p>

2011年7月，CBTM隨“亞特蘭蒂斯”號航天飛機發射，開展骨硬化蛋白抗體實驗，搭乘航天飛機升空的小白鼠成為人們關注的對象。與人類一樣，小白鼠離開重力環境時，最初也表現出了不適應，通過觀察可以發現，它們出現了混亂。在學會適應新環境之前，它們先是抓住籠子的四周，然后試圖抓住同伴。與航天員不同，小白鼠不能通過嘔吐緩解眩暈，但是在幾天之內，它們就完全適應了，學會了如何飛行、滑行、吃飯和喝水，能夠自由漂浮、很自在地移動。

兩周后，當小白鼠返回到地球上時，試驗的結果非常有價值。Chris Paszty說：“我們發現，骨硬化蛋白抗體促進了骨的形成，改善了骨的結構，甚至增加了骨的強度。太空實驗結果與地球上的實驗結果完全相符。我們為獲得了相同的實驗結果而感到很高興?！?/p>

Amgen公司、Louis Stodieck與NASA合作，共開展了3次小白鼠太空實驗，對不同的分子進行了測試，3次任務分別是：2001年STS-108任務（骨質疏松研究）、2007 年STS-118任務（肌肉萎縮及其治療研究），以及2011年最后一次航天飛機任務——STS-135任務（骨質疏松研究）。

對于骨骼和肌肉系統來說，微重力確實是一個非常嚴重的問題。人或動物在失重環境下的骨質流失和肌肉萎縮速度幾乎達到地球上骨質疏松癥患者骨質流失速度的10倍。對地球上人體的骨質流失和肌肉萎縮的研究是Amgen公司多年來研究的一部分。事實上，Amgen公司開展的首次骨質流失太空實驗使用的就是被稱為“護骨素”的工程版本的蛋白質。實驗結果使得FDA于2010年批準了Amgen公司的新藥——狄諾塞麥，注冊商標是普羅利亞（Prolia）的應用。該藥品最初僅被批準用于較易發生骨折的更年期后的婦女，后來也被批準用作乳腺癌患者增強骨質的治療方法，以及患有非轉移性前列腺癌癥的男性。在藥物被批準之前進行的三期實驗中，患者椎體骨折的幾率降低了68%，髖部骨折的幾率降低了40%，非椎體骨折的幾率降低了20%，并且骨密度都顯著增加。

UCB制藥公司是Amgen公司骨硬化蛋白項目的合作伙伴，雙方正在進行新的骨硬化蛋白抗體藥物——Romosozumab的三期實驗。Louis StodieckStodieck說：“這種正在由Chris Paszty向市場推廣的新藥將對市場帶來深遠的影響。Romosozumab能使已經變得非常脆弱的骨頭得到增強，而不僅僅是防止其進一步流失。其開發為廣大患者帶來了福音?！?/p>

Jacob Cohen補充說：“如果在太空中工作生活的幾個月就使航天員遭受骨質流失或肌肉萎縮的痛苦，那么載人火星任務或其它行星的載人探測任務將進一步損傷他們的身體。航天員在執行深空探測任務返回地球后，如果不進行嚴格的鍛煉并配合治療，他們甚至都不能站立。如果在失重環境下生活很長一段時間，骨質流失和肌肉萎縮的狀態將趨于平緩，身體最終能適應這種環境也是可能的，或者說可利用部分重力保持骨密度和肌肉健康，但這些仍需要進一步研究。”

埃姆斯研究中心開發的商業生物醫學測試模塊（CBTM）

他還表示，基于生物學的應對方案的研發將使航天員在太空中執行長達數月或數年之久的探索任務時具有生產藥物的能力，這也是空間探索合成生物學研究的一部分，將使航天員能夠在太空中生產出維持生命需求，以及完成探測任務所需的大部分材料和工具。

對于太空研究而言，動物實驗還有一個優點，那就是當收集完特定實驗所需的數據后，剩余樣本還可供其他感興趣的研究人員使用。對于這種動物實驗共享項目，NASA將向研究人員發布信息征集公告，以確定動物實驗樣本所需的數量，以及科學研究的內容，NASA還將對申請報告進行評審，以確定最佳方案。在Amgen公司太空實驗中的樣本，就通過NASA的動物實驗共享項目進一步提供了高質量、影響力顯著的成果。這些動物實驗的研究成果也幫助NASA完成了與美國科學院每十年確定的太空生物學優先發展項目的任務。

展望未來，NASA埃姆斯研究中心及其太空生物科學分部的研究團隊重新設計了用于國際空間站的CBTM，并開發了其它硬件和服務，以最大限度地提高國際空間站的科學回報。同時，NASA的航天員Scott Kelly將在國際空間站生活1年，以進一步研究人體長時間處于失重狀態時的反應。

(唐 甜)

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