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受损骨骼可能在类似地球的重力条件下更快愈合

作者:- 文章来源:- 点击数:75 更新时间:2017/9/22 7:37:44

X光下的人类膝盖。软骨是存在于膝盖、髋关节和骨折修复部位等处的组织。人体还会用软骨干细胞修复受损的骨骼。  X光下的人类膝盖。软骨是存在于膝盖、髋关节和骨折修复部位等处的组织。人体还会用软骨干细胞修复受损的骨骼。

  新浪科技讯 北京时间9月21日消息,据国外媒体报道,一项新研究指出,重力和身体锻炼可能是受损骨骼痊愈的关键。

  成功的长期太空旅行——比如长期环绕月球飞行或前往火星及更远星球的旅程——不仅需要考虑如何维持人类旅行者的身体健康,也要考虑在他们机能退化和受伤情况下进行治疗的问题。在这项新研究中,研究者关注了太空中的软骨损伤的修复。

  软骨是存在于膝盖、髋关节和骨折修复部位等处的组织。“软骨组织工程受到了很多关注,因为软骨作为无血管组织,没有血液供应,因此没有再生能力,”论文合作者、美国密苏里大学工程学院院长伊丽莎白·罗博阿(Elizabeth Loboa)说,“如果有人在太空中发生骨折……在骨骼两端重新连接的时候,要经过一个产生新软骨的中间过程之后,骨骼才能完全愈合。”

  目前,许多不同学科的科学家都在致力于开发新的技术,使长期的太空旅行成为现实。有人研究如何在微重力环境下种植农作物,有的则在尝试建造能够长期在太空飞行的宇宙飞船。伊丽莎白·罗博阿和两位同事,莉莉安娜·梅勒(Liliana Mellor)和安德鲁·斯图尔德(Andrew Steward),决定对微重力环境下软骨的形成进行研究。微重力是宇航员在太空中自由落体时体验到的一种失重状态,这在绕轨飞行的航天器——比如国际空间站——上十分常见。长期太空飞行的宇航员要保持健康,就必须发展身体力量,保持肌骨系统的状态,并修复任何损伤。软骨细胞是软骨中唯一一种细胞,是维持关节活动不可缺少的部分;人体也会产生软骨干细胞,促进断裂骨骼的愈合。执行长期太空任务的宇航员需要面临多种对软骨健康不利的环境条件,微重力便是其中之一。

宇航员苏妮塔·威廉斯(Sunni Williams)在国际空间站安装的第一台跑步机上锻炼。如今国际空间站所使用的跑步机名为CLOBERT——以美国喜剧演员和讽刺家斯蒂芬·科拜尔(常译为扣扣熊)命名,用于帮助宇航员保持骨骼、肌肉和心血管的健康。  宇航员苏妮塔·威廉斯(Sunni Williams)在国际空间站安装的第一台跑步机上锻炼。如今国际空间站所使用的跑步机名为CLOBERT——以美国喜剧演员和讽刺家斯蒂芬·科拜尔(常译为扣扣熊)命名,用于帮助宇航员保持骨骼、肌肉和心血管的健康。

  宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)在国际空间站生活了将近一年。一个研究团队发现,当凯利在太空中度过头六个月之后,他的骨骼生成速率已经出现下降。在无重力环境下,凯利和其他宇航员每天锻炼约两个小时,以避免肌肉萎缩和骨质疏松。为了保持健康,他们的身体需要模仿在地球表面上受重力作用时的走路姿势及其他日常活动。这一过程被称为“应力负荷”,与长期卧床患者进行的锻炼类似。通过研究凯利在长期太空任务中的身体变化,美国航空航天局(NASA)的研究人员正尝试寻找更加有效的方法,确保长期任务中宇航员的身体健康。

  在实验开始时,密苏里大学的研究团队从脂肪组织中分离出了干细胞,并设置了三个实验组,以确定哪一种机制能最好地帮助细胞再生。其中一组模拟了微重力环境,另一组则模拟应力负荷,第三组为对照组。“我们所要做的,就是揭示适当的应力负荷对新软骨组织工程的影响及其必要性,”罗博阿说道。

  利用NASA约翰逊太空中心设计的滚筒式生物反应器,研究团队将一组培养的干细胞暴露在模拟微重力环境下;另一组则放置在旋转压力容器模拟的应力负荷条件下;最后一组作为对照,即只受到地球正常重力的作用。通过观察这些干细胞的生长情况,研究团队发现,模拟重力的应力载荷效应对干细胞的促进效果最好。额外的压力,比如软骨在身体处于运动时所受到的压力,对软骨细胞的生长至关重要。

不同实验组的示意图。三个实验组中一组模拟了微重力环境,另一组则模拟应力负荷,第三组为对照组。  不同实验组的示意图。三个实验组中一组模拟了微重力环境,另一组则模拟应力负荷,第三组为对照组。

  “循环静水压力(cyclic hydrostatic pressure,CHP)的应力刺激模拟了软骨在地球上日常活动时的应力环境,相比培养于微重力反应器中的细胞,这种方法更能促进软骨的形成,”研究者在论文中写道。看起来,宇航员如果能在类似地球重力的环境下进行日常活动,将使他们的骨骼和关节更加健康,并更有利于损伤的修复。

  这项研究的结果发表在2017年4月的《航空航天医学与人类健康》(Aerospace Medicine and Human Performance)期刊上。(任天)

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