一位名叫黄媚的研究者感受到在她脚下的微妙震动，随着一枚载着她实验的火箭——在小芯片上培养的人类肌肉活细胞——向大气层发射，前往国际空间站国家实验室。这项研究旨在提高她对肌肉退化的理解，这种情况常见于宇航员和老年人，同时测试潜在的药物治疗。
当载着黄媚实验的火箭——在小芯片上培养的人类肌肉活细胞——向上飞去，并消失在通往国际空间站国家实验室的天空中时，她脚下感受到了一种微妙的震动。这些芯片将帮助黄媚深入了解肌肉退化，通常出现在宇航员和老年人中，同时评估解决这一问题的药物。
现在，研究结果已经公布。在7月25日发布的一项研究中，黄媚的研究小组揭示，暴露于太空的肌肉细胞表现出代谢变化，表明肌肉恢复受到阻碍，以及与年龄相关的肌肉流失（称为肌肉萎缩症）相关的基因活动改变。然而，药物治疗能够部分缓解微重力的负面影响。
“太空提供了一种真正独特的环境，加速了与老化相关的特征，并干扰了许多健康的功能，”斯坦福大学的副教授黄媚解释道。“当宇航员返回时，他们经历了肌肉萎缩或肌肉功能降低，因为在没有重力的情况下肌肉没有被积极使用。随着太空旅行变得越来越可及，理解我们的肌肉在微重力下的反应至关重要。”
为了探索微重力对肌肉健康的影响，研究人员将肌肉芯片——在特别设计的生物材料上包含排列的肌肉细胞的工程构件——放入太空中，由宇航员监督一周。
在比较在微重力下生长的肌肉细胞与在地球上培养的肌肉细胞后，研究人员观察到肌肉纤维发育的中断。此外，他们发现基因表达和蛋白质特征的改变。影响为肌肉提供能量的线粒体功能的基因受到影响，而与脂肪生产相关的基因则上调。这些结果表明微重力可能导致肌肉恢复的问题。
到过太空的肌肉表现出与患有肌肉萎缩症的个体相似的基因活动模式，该症状主要影响60岁及以上的人群。
“我们相信，在微重力下使用肌肉芯片进行的研究可能对肌肉萎缩症具有更广泛的相关性，”黄媚表示。“肌肉萎缩症通常在地球上需要几年才能显现，而我们怀疑微重力可能在几天内加速这种情况。”
在一项旨在测试肌肉芯片药物评估的初步实验中，宇航员将旨在对抗肌肉萎缩症或促进肌肉恢复的药物引入芯片。这种治疗部分抵消了一些微重力对肌肉组织的不利影响，帮助避免向脂肪生产的转变。通过分析基因表达模式，在微重力下处理过药物的肌肉显示出更接近地球样本的特征，而非那些未处理的微重力样本。
由于太空研究的劳动密集型和资源密集型特性，该研究是一项单一实验，且仅有有限数量的样本被运载到火箭上。团队目前正在为基地的微重力模拟准备设备，以缓解一些挑战并支持他们在太空中的持续研究。黄媚的肌肉芯片计划于2025年进行另一次太空任务，继续研究可能减轻微重力引起的肌肉退化的药物。
“在微重力下使用工程组织芯片平台的概念可能成为研究各种疾病和进行药物筛选的突破性工具，而无需进行动物或人类测试，”黄媚说。
