我国首个“太空器官芯片”研究项目公布

12月30日，在中国空间站全面建成两周年即将来临之际，中国载人航天工程办公室首次公开发布《中国空间站科学研究与应用进展报告》（2024年）。

报告对两年来中国空间站科学研究与应用进展全面且系统地梳理和总结，针对目前已下行样品、取得研究数据、完成在轨实验、获得突出进展的科学与应用项目，最终遴选出34项代表性研究成果与阶段性进展，包括13项空间生命与人体研究进展、12项微重力物理科学研究进展、9项空间新技术与应用研究进展。

东南大学器官芯片研究院顾忠泽、陈早早团队联合中国航天员科研训练中心航天医学全国重点实验室王春艳团队研发的《基于器官芯片的失重心血管功能变化机制与防护研究》(Research on the Prevention of the Mechanism of Weightlessness and Cardiovascular Function Change Based on Organ-on-a-Chip)入选“太空人体研究七大进展”。

该研究聚焦航天员长期航天飞行后，重力环境再暴露导致的机体立位耐力不良等心血管系统失调问题。构建适用于空间实验的高仿真人工血管芯片，从器官和分子水平解析其发生机制，筛选出具有防护效果的小分子化合物。

该项目是我国首个“太空器官芯片”研究项目，亦是国际上首次开展太空人体血管研究的器官芯片项目。实验从血管组织的水平上研究和发现了空间微重力因素对动脉血管组织重构、功能性以及细胞活性和氧化应激、机械信号等多条信号通路的影响，揭示了血管平滑肌和内皮在失重环境下激活、凋亡过程和血管 ECM 降解等的细胞学机制；通过空间药物筛选，获得了对血管损伤具有一定保护作用的黄酮醇类小分子化合物。本研究的推进与实施是我国发展系列的太空人体器官芯片工作的最初成果和成功示范，亦为科学有效地对抗航天员器官损伤和防护方法提供了理论基础和实验依据。该项目的成功开展表明我国已具备在轨开展器官芯片相关项目实验研究的能力，实现了空间生物医学实验从 2D细胞到 3D 组织器官实验的提升。相关研究成果已发表 6 篇 SCI 论文，获批5项专利，并获 “2023 年度中国生命科学领域十大进展”殊荣。

本研究的相关成果已推广至其他组织类型器官芯片的在轨应用研究中，在此基础上，研究团队成功构建了国内首个、国际第二个器官芯片的数据库(Organ on a Chip Database，OCDB)。展望未来，有望将器官芯片的相关研究进一步推广至空间微重力、空间辐射等多领域的实验研究中，为我国航天医学及医学工程实验领域的高效、快速发展增添强劲动力，提供有力支撑。

中国首次完成航天器官芯片实验项目

中国首次完成航天器官芯片实验项目，是在2023年。当年8月18日，载人航天工程空间应用与发展情况介绍会在北京召开，据中国航天员系统副总设计师李莹辉表示：在中国空间站任务期间，科研团队完成了国内首例太空器官芯片研究。

这也是国际上首例人工血管组织芯片研究，标志着中国成为国际上第二个具有在轨开展器官芯片实验和分析能力的国家。

人体器官芯片，是生物医学工程的一个新的研究方向，可高仿真的模拟人体器官功能。通过开展太空器官芯片的设计研究，发展有效的对抗防护措施，对保障长期飞行后航天员的健康和圆满完成航天飞行任务具有重要的意义。

在此次航天任务中，东南大学苏州医疗器械研究院、中国航天员科研训练中心、数字医学工程全国重点实验室、江苏艾玮得生物科技有限公司共同开发制作的太空血管组织芯片（Taikonaut-Blood-Vessels-on-a-Chip, Taikonaut）完成了国际上首次血管组织芯片在长期微重力条件下的培养实验。

此次研究，主要针对空间飞行导致的立位耐力不良的细胞学机制研究需求，聚焦微重力对血管氧化应激水平的变化和血管结构与功能的影响，研究长期空间飞行导致的立位耐力下降的细胞学机制，以及在空间环境下某些化合物对抗航天员立位耐力不良防护机制，为发展有效的对抗防护措施提供理论和实验依据。

研究人员在实验室用原代细胞构建具有功能性的人工血管，并将其安装至自主研发的太空血管芯片中，进行微流体培养以确保血管的稳定性。同时，结合影像学分析方法，对实时观察并采集到的血管形态变化进行分析。该实验基于失重导致的立位耐力不良、运动能力降低、血管结构及功能重塑等长期航天飞行导致心血管系统功能失调的问题。研究导致血管结构和功能变化的细胞学机制，并测试保护性药物对避免预期问题的有效性。