在太空中对免疫系统的研究有潜力提供关于地球上人类老化的宝贵见解。研究人员发现零重力对免疫系统细胞的影响，达到了单个细胞级别。自太空探索开始以来，宇航员因太空旅行的恶劣条件，特别是缺乏重力，面临各种健康挑战。一组科学家，包括两名巴克研究人员，成功识别了零重力对免疫系统细胞的影响，达到了高度的精确度，标志着这一研究领域的重大进展。E. Mason博士与副教授David Furman和Daniel Winer共同进行了关于重力对免疫细胞影响的研究。他们的研究发表在2020年6月11日的《自然通讯》上，深入分析了微重力如何影响这些细胞，并发现了潜在的“太空营养补充剂”以缓解这些影响。Winer解释说：“我们考察了模拟微重力如何影响免疫细胞以及这些变化如何在单细胞水平上影响细胞功能。这种程度的细节是新的，提供了关于微重力对细胞影响的宝贵见解。”研究人员利用在模拟微重力环境中的细胞进行他们的研究。通过结合NASA的航天飞行数据以及国际空间站上的宇航员和小鼠数据，研究人员获得了对减少重力如何影响外周血中不同免疫细胞的全面理解。这些细胞，如淋巴细胞和单核细胞，在免疫中起着至关重要的作用。
这项研究对地球上的免疫老化具有潜在意义，因为在老化过程中观察到的变化与在太空旅行中看到的变化相似。
研究小组还概述了识别能够抵消近乎零重力影响的化合物的路径，并证明了化合物槲皮素在减少太空飞行和老化造成的损伤方面的潜力。根据Furman的说法，这项研究提供了关于模拟微重力和太空飞行中免疫系统变化的见解，并提供了一种在如此恶劣条件下维持正常免疫力的潜在方法。在低地球轨道中的宇航员，包括国际空间站上的那些宇航员，甚至在短期太空飞行中，都会经历免疫系统出现问题，如感染、潜伏病毒的再激活和皮肤敏感性增加。
先前的研究表明，在实际或模拟微重力条件下，各种免疫细胞的功能受到损害。然而，研究人员指出，导致微重力中免疫功能障碍的潜在机制、基因和途径仍然基本未知。他们希望更好地理解正在发生的细胞级变化。
在这项研究中，团队以共同第一作者、巴克博士后研究员Fei Wu博士和研究生Huixun Du为主，深入研究了25小时的模拟微重力对人类外周血单核免疫系统的影响，利用NASA开发的旋转壁容器，创造了一个几乎零重力的环境用以培养细胞。为了理解减少重力的影响，研究小组采用了多种方法，如测序和超分辨率显微镜。他们还通过与在太空中对人类和小鼠进行的其他研究进行比较，验证了他们的结果，包括JAXA任务、SpaceX的Inspiration 4任务、NASA的双胞胎研究以及在国际空间站饲养的小鼠的脾脏数据。Winer表示，他对从事太空医学的兴趣源于深入研究新兴领域机械免疫学，即环境力量如何影响免疫细胞功能。Astroimmunology的某些部分与机械免疫学相关，但他表示它正在作为一个新领域独立成型，铺平了理解如何帮助免疫系统在太空中生存的道路。
在发现多个受微重力影响的基因和生化通路后，研究团队希望看看是否能找到任何特定药物。研究人员利用Furman在巴克开发的机器学习技术，识别出潜在的可以保护免疫细胞的化合物。这项技术能够检测超过200万种基因、药物和食物之间的相互作用。研究小组识别出数十种潜在的化合物，其中一个植物色素槲皮素被选择进行进一步探索。槲皮素通常存在于红洋葱、葡萄、浆果、苹果和柑橘类水果中，广泛作为抗氧化剂和抗老化补充剂。研究人员发现，槲皮素使缺乏重力造成的约70%的变化得以逆转，并保护细胞免受活性氧种的伤害。该发现识别出了在模拟微重力中免疫细胞的关键变化，这些变化与小鼠和人类的太空飞行暴露相关。这项研究将指导未来在机械免疫学和宇宙免疫学方面的研究，为创造维持太空中正常细胞功能的解决方案提供机会。此外，Furman认为，这一出版物为分析随着太空旅行而来的生理变化建立了基准，给全球科学界提供了宝贵的资源。根据他所说，在极端条件下理解人类生物学至关重要。他还提到，这些影响不仅仅限于太空中的人类。研究人员渴望研究他们在地球上观察到的老龄化人类的相似变化，并希望利用这些知识创造干预措施，可能逆转随老化而来的免疫功能障碍。
