據(jù)介紹，這6條斑馬魚(yú)將在太空站停留30天以上，完成失重性骨丟失及心肌重塑的蛋白穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制研究項(xiàng)目。這也是國(guó)際上首次利用實(shí)施基因敲除的斑馬魚(yú)開(kāi)展的在軌實(shí)驗(yàn)。

這一研究項(xiàng)目由中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心、華南理工大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所共同承擔(dān)。“此次進(jìn)入太空站，我們將重點(diǎn)研究微重力對(duì)斑馬魚(yú)心血管功能障礙和骨丟失的影響，并探索密閉生態(tài)系統(tǒng)中動(dòng)物、植物和水體環(huán)境的相互作用。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一、華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院王強(qiáng)教授介紹道。

 

空間失重給宇航員的心血管系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)帶來(lái)多種潛在損傷風(fēng)險(xiǎn)，失重性骨丟失及心肌重塑是制約人類開(kāi)展深空探索的重要醫(yī)學(xué)問(wèn)題之一。 

斑馬魚(yú)體長(zhǎng)僅4-5厘米，是一種小型的熱帶淡水魚(yú)，其基因組和人類基因組有高達(dá)80%以上的相似度，因此成為微重力環(huán)境下開(kāi)展生命科學(xué)、健康科學(xué)、環(huán)境科學(xué)研究的理想模式生物。2024年，中科院水生生物研究所科研團(tuán)隊(duì)曾首次將4條斑馬魚(yú)送入中國(guó)空間站，并實(shí)現(xiàn)了全球空間水生生態(tài)系統(tǒng)最長(zhǎng)的43天在軌運(yùn)行記錄。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)斑馬魚(yú)在太空成功產(chǎn)卵，這表明我國(guó)研制的水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

在此基礎(chǔ)上，今年斑馬魚(yú)研究重磅升級(jí)，6條實(shí)驗(yàn)用斑馬魚(yú)將在結(jié)束空間站生活后返回地面。

“我們使用斑馬魚(yú)作為模式生物，將3條野生型斑馬魚(yú)和3條基因敲除型斑馬魚(yú)，以及6克金魚(yú)藻構(gòu)建的水生生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)上行水生支持裝置乘坐神舟二十號(hào)飛船到達(dá)中國(guó)空間站。”王強(qiáng)介紹道。據(jù)了解，經(jīng)過(guò)中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心李英賢團(tuán)隊(duì)和華南理工大學(xué)王強(qiáng)團(tuán)隊(duì)十余年的研究，已經(jīng)在地面驗(yàn)證了敲除斑馬魚(yú)特定基因后，能夠?qū)构莵G失和心肌重塑現(xiàn)象的發(fā)生。

“此前由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，只能在地面開(kāi)展模擬失重實(shí)驗(yàn)。相關(guān)現(xiàn)象在空間站上究竟能否得到驗(yàn)證，大家都特別期待，”王強(qiáng)教授表示，斑馬魚(yú)返程后將被用來(lái)研究生物體在微重力環(huán)境下對(duì)空間環(huán)境的響應(yīng)和變化機(jī)制。此外，團(tuán)隊(duì)還將利用返回的水樣、金魚(yú)藻探究航天特殊環(huán)境對(duì)高等動(dòng)物、植物與生態(tài)系統(tǒng)間穩(wěn)態(tài)的影響。

通過(guò)這些研究，團(tuán)隊(duì)將嘗試找到可行的手段和方法，幫助對(duì)抗因航天失重引起的機(jī)體變化，為航天員健康保障提供科學(xué)依據(jù)，從而為載人登月以及更遠(yuǎn)的深空探測(cè)提供幫助。同時(shí)，研究結(jié)果還有望用于針對(duì)性開(kāi)發(fā)藥物，實(shí)現(xiàn)“天為地用”，為長(zhǎng)期臥床人群的骨丟失問(wèn)題提供解決方案。

在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中，團(tuán)隊(duì)還會(huì)將斑馬魚(yú)胚胎送到太空，進(jìn)一步研究微重力條件下脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育的影響機(jī)制。

俗話說(shuō)：“在家千日好，出外一時(shí)難”。更何況這一次斑馬魚(yú)要外出的地方是太空？無(wú)論是在地面，還是在空間站里，本次研究都面臨著重重挑戰(zhàn)。

“在制備斑馬魚(yú)wwp1基因突變體時(shí)，一開(kāi)始就遇到了困難，”團(tuán)隊(duì)成員、華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生李想介紹道。

常規(guī)的斑馬魚(yú)純合突變體制備，可能只需要6-8個(gè)月，但wwp1基因在斑馬魚(yú)基因組中重復(fù)序列較多，很難找到合適的基因打靶位點(diǎn)。為此，團(tuán)隊(duì)利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)在斑馬魚(yú)胚胎中嘗試了40余條sgRNA和20多對(duì)不同的鑒定引物，尋找合適的突變體，用了近1年的時(shí)間反復(fù)嘗試，才完成wwp1突變體的構(gòu)建。

實(shí)驗(yàn)任務(wù)到了進(jìn)入發(fā)射場(chǎng)的關(guān)鍵階段，如何將實(shí)驗(yàn)所需的斑馬魚(yú)和金魚(yú)藻樣本，從學(xué)校安全地帶到千里之外的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，又成為了一個(gè)難題。為此，華南理工大學(xué)與廣鐵集團(tuán)積極溝通，幫助團(tuán)隊(duì)將執(zhí)行本次任務(wù)需要的斑馬魚(yú)和金魚(yú)藻樣本，通過(guò)高鐵運(yùn)送至目的地，保障“魚(yú)航員”及時(shí)到崗，得以順利開(kāi)展后續(xù)工作。

在地面研究時(shí)，由于重力的作用，很容易對(duì)每一條魚(yú)進(jìn)行麻醉，并使用取樣器回收樣本。但在太空站微重力條件下，使用麻醉劑將斑馬魚(yú)麻醉并進(jìn)行回收，卻是一個(gè)很大的難題。在中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所田清教授的指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)做了大量的實(shí)驗(yàn)，反復(fù)比較自動(dòng)回收和手動(dòng)回收兩種方案，最終決定采用手動(dòng)回收的方式。

屆時(shí)，將由航天員將麻醉劑注入單元中，使用反差鑷子取樣，將斑馬魚(yú)回收。為此團(tuán)隊(duì)專門(mén)改進(jìn)了取樣口的設(shè)計(jì)，確保航天員可以順利完成操作。

像上面大大小小的難題，團(tuán)隊(duì)還經(jīng)歷了很多，最終都一一克服，成功將“魚(yú)航員”們護(hù)航上天。

 

滴水穿石，非一日之功。王強(qiáng)說(shuō)，6條“魚(yú)航員”一飛沖天的背后，有著學(xué)校和學(xué)院的堅(jiān)定護(hù)航。

華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院成立于2014年。依托學(xué)校深厚底蘊(yùn)和綜合實(shí)力，建立起了由國(guó)家高層次人才領(lǐng)銜的師資隊(duì)伍，建成了“學(xué)士、碩士、博士”完整的人才培養(yǎng)體系，走出了一條“有特色、研究型、國(guó)際化”的建設(shè)創(chuàng)新之路，形成了獨(dú)特的“醫(yī)工結(jié)合”模式。2017年，臨床醫(yī)學(xué)學(xué)科就進(jìn)入國(guó)際高水平學(xué)科行列。目前，華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院進(jìn)入《醫(yī)學(xué)界》發(fā)布的中國(guó)最佳醫(yī)學(xué)院校綜合排行榜前50強(qiáng)。

醫(yī)學(xué)院積極加強(qiáng)與海內(nèi)外高水平醫(yī)學(xué)院校交流合作。學(xué)院教師堅(jiān)持科研創(chuàng)新，高水平科研成果不斷涌現(xiàn)，參與多項(xiàng)國(guó)家、國(guó)際重大科研項(xiàng)目攻堅(jiān)。學(xué)院學(xué)生多次在全國(guó)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技能創(chuàng)新大賽獲獎(jiǎng)，或以第一作者身份在頂尖雜志發(fā)表專業(yè)論文。

“學(xué)校和學(xué)院特別重視高水平科研平臺(tái)的建設(shè)，”王強(qiáng)組建起胚胎發(fā)育信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，以斑馬魚(yú)為模式生物，結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、多組學(xué)等技術(shù)，研究發(fā)育生物學(xué)的基本過(guò)程。

在學(xué)校的支持下，醫(yī)學(xué)院為發(fā)育生物學(xué)與再生醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)提供接近3000平方米的科研實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，建有2間斑馬魚(yú)魚(yú)房、3間獨(dú)立的細(xì)胞培養(yǎng)間，可放置約10000個(gè)斑馬魚(yú)養(yǎng)殖缸，能同時(shí)養(yǎng)殖300000條成年斑馬魚(yú)，可為5-8個(gè)課題組提供相對(duì)獨(dú)立的斑馬魚(yú)養(yǎng)殖空間。

結(jié)合在基礎(chǔ)研究和臨床醫(yī)學(xué)方面的綜合優(yōu)勢(shì)，華南理工大學(xué)面向人民生命健康，還在2023年成立了教育部發(fā)育與疾病醫(yī)藥基礎(chǔ)研究創(chuàng)新中心，致力打造具有重大國(guó)際影響力的發(fā)育缺陷疾病研究、應(yīng)用與轉(zhuǎn)化全鏈條創(chuàng)新高地。該中心由王強(qiáng)擔(dān)任負(fù)責(zé)人，聚焦“胚胎生長(zhǎng)發(fā)育和組織器官穩(wěn)態(tài)維持”科學(xué)前沿，近年來(lái)在胚胎發(fā)育相關(guān)出生缺陷、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等方面取得了重要突破：相關(guān)成果在Nature子刊等國(guó)際頂尖期刊發(fā)表；2024年，牽頭獲批國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“血管與心腦發(fā)育及穩(wěn)態(tài)維持的協(xié)同機(jī)制”。中心研究成果為相關(guān)疾病合理用藥提供了重要線索，助力發(fā)育缺陷疾病研究與生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。