有前途的工程化合物对抗太空骨质流失

发表在《自然伙伴》杂志《npj微重力》上的一项新研究发现，给国际空间站(ISS)上的老鼠注射一种工程化合物，很大程度上防止了因在太空中度过的时间而导致的骨质流失。这项研究由加州大学洛杉矶分校(UCLA)和马萨诸塞州剑桥市福赛斯研究所(Forsyth Institute)的跨学科教授团队领导，强调了一种有希望的治疗方法，可以减轻长时间太空旅行造成的极度骨质流失以及地球上的肌肉骨骼退化。

长期以来，微重力引起的骨质流失一直是长期太空任务的一个关键问题。由于微重力导致的机械负荷减少导致骨质流失的速度是地球上的12倍。近地轨道上的宇航员每月可能会出现高达1%的骨质流失，危及宇航员的骨骼健康，并在长时间的太空飞行和以后的生活中增加骨折的风险。

目前缓解骨质流失的策略依赖于运动引起的机械负荷来促进骨骼形成，但对于在微重力环境中度过长达6个月的宇航员来说，这还远远不够完美。运动并不总能防止骨质流失，它占用了船员宝贵的时间，对于某些类型的损伤可能是禁忌的。加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院外科和矫形外科教授、整形和重建外科研究部门副主席Chia Soo博士领导的这项新研究调查了全身递送NELL-1分子(NELL-1)是否可以减少微重力诱导的骨质流失。NELL-1是由Forsyth研究所的康婷、DMD、DMSc发现的，对骨骼发育和骨密度维持至关重要。丁教授还领导了许多研究，表明局部递送NELL-1可以再生肌肉骨骼组织，如骨和软骨。

在国际空间站上系统运送NELL-1需要团队尽量减少注射次数。福赛斯研究所的吴本博士和张玉龙博士通过将分子的半衰期从5.5小时延长到15.5小时而不失去生物活性来增强NELL-1的治疗潜力，并通过生物共轭一种惰性双膦酸盐(BP)来创造一种“智能”BP- nell - peg分子，这种分子更特异性地针对骨组织，而不会产生BP的常见有害影响。

然后，Soo和Ting团队对修饰后的分子进行了广泛的评估，以确定BP-NELL-PEG在地球上的有效性和安全性。他们发现BP-NELL-PEG对骨组织表现出优越的特异性，而不会引起可观察到的不良反应。

为了确定BP-NELL-PEG在真实空间条件下的实际适用性，研究人员与太空科学进步中心(CASIS)和美国国家航空航天局(NASA) Ames合作，为SpaceX的CRS-11任务进行了广泛的准备，宇航员Peggy Whitson博士和Jack D. Fisher博士进行了研究。一半的国际空间站小鼠暴露在微重力(“长期飞行”)下长达9周的时间，以模拟长时间太空旅行的挑战，而其余的小鼠在发射后4.5周飞回地球，这是美国历史上第一次活体小鼠返回(“长期飞行”)。TERM组和LAR组均采用BP-NELL-PEG或磷酸盐缓冲盐水(PBS)对照。同样数量的小鼠留在肯尼迪航天中心，用BP-NELL-PEG或PBS进行类似的处理，作为正常的地球重力(“地面”)对照。

用BP-NELL-PEG处理的飞鼠和地鼠都表现出骨形成的显著增加。在太空和地球上接受治疗的小鼠没有表现出明显的不良健康影响。

“我们的发现为未来的太空探索带来了巨大的希望，特别是对于涉及长时间停留在微重力下的任务，”主要通讯作者Chia Soo说。“如果人体研究证实了这一点，BP-NELL-PEG可能是一种很有前途的工具，可以对抗骨质流失和肌肉骨骼退化，特别是当传统的阻力训练由于受伤或其他丧失能力的因素而不可行的时候，”联合首席研究员康婷说。

“这种生物工程策略在地球上也有重要的好处，为患有严重骨质疏松症和其他骨骼相关疾病的患者提供了一种潜在的治疗方法，”联合首席研究员Ben Wu说。

下一步，加州大学洛杉矶分校的项目科学家，Pin Ha，医学博士，DDS, MS，正在监督对活体动物返回数据的分析。我们希望这将为如何帮助未来的宇航员从长时间的太空任务中恢复提供一些见解。”

这项研究得到了CASIS和美国国立卫生研究院的资助。加州大学洛杉矶分校整形与重建外科、加州大学洛杉矶分校外科、加州大学洛杉矶分校骨科外科和加州大学洛杉矶分校骨科医院研究中心、美国正畸医师协会基金会和国际正畸基金会提供了额外的资金和支持。哈品和张玉龙，以及郭金熙副教授，DDS，是共同第一作者，对这个项目做出了同样的贡献。

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