科学网—航天旅行对人类健康的挑战《自然》
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2024-6-12 07:24
| 系统分类: 海外观察
航空和航天的意思不一样，航空是指飞机这类不太高的飞行，而航天则是离开大气圈平流层的更高空间飞行。航天飞行越来越受到重视，而航天飞行的健康影响也是必需重视的内容。
当科学的发展让人类了解到太空，掌握了摆脱重力束缚的技术，人类就开启了探索太空的历程，进入太空探险和旅游也成为许多人的梦想，现在让少数富豪太空旅游已经成为现实。但我们早就知道，太空旅游对人类的身体也具有很多挑战性，特别是失重和高强度的宇宙辐射是人体不能完全适应和耐受的自然因素。但是由于探索太空的医学研究样本量和环境因素限制，我们对太空旅游的健康影响细节了解仍然不足。2021年的民用太空旅游给这一研究提供了新机会。自然杂志今天公布了这些研究结果。
Space Omics and Medical Atlas (SOMA) across orbits (nature.com)
在2021年，包括亿万富翁商人杰瑞德·艾萨克曼在内的四名乘客乘坐SpaceX火箭进入太空，在该公司的龙飞船中环绕地球飞行了3天，然后在大西洋中降落。这次由艾萨克曼资助的旅行被称为灵感4号，是第一次由私人资助、使用私人火箭搭载私人公民进行的轨道任务，为今天更常规的旅游太空旅行奠定了基础。
宇航员还在飞行前、中、后接受了密集的医疗监测。现在，研究人员已经分析了他们所经历的空间辐射和失重对他们身体的影响，发布了超过40项研究，其中大部分基于灵感4号的数据。这些研究今天发表在《自然》杂志上，空间组学和医学图谱（SOMA）包括对参与者的基因组、微生物组、转录组（他们的基因产生的信使RNA）和蛋白质组（他们的蛋白质总谱）的研究。
“ 这是从宇航员那里发布的最大的一批生物医学数据 ，”领导了许多新论文的威尔康奈尔医学院遗传学家克里斯托弗·梅森说。
NASA和其他太空机构在过去60年里研究了数百名宇航员的健康状况，发现了广泛的影响，包括由于暴露于太空辐射而增加的 长期癌症风险 、由于生活在微重力环境中而导致的 肌肉萎缩和骨质流失 ，以及 视力的变化 。但是，私人太空飞行让研究人员有机会利用最新的生物医学技术更详细地研究这些风险。“大约30%到40%的[SOMA检测]是新的，”梅森说。
梅森表示，SOMA研究的一个信息是，职业宇航员在其长期探索中所经历的相同健康效应，也出现在只花了几天时间在轨道上的太空游客身上。
这些发现还可能对超出地球磁场保护层的长期太空探索产生影响，地球磁场可以偏转一些太空辐射。“我们还没有完全理解所有的风险，”贝勒医学院的生物医学伦理学家艾米·麦圭尔说。“这也是为什么早期太空游客参与研究如此重要的原因。”
梅森和他的同事将他们的研究集中在大约20名宇航员身上，为他们收集了大量数据：四名灵感4号乘客、日本太空机构的近期宇航员，以及参加了早期太空效应研究的NASA宇航员斯科特和马克·凯利双胞胎。
Astronauts face health risks—even on short trips in space | Science | AAAS
这组人代表了比过去研究中更广泛的人群——不仅仅是健康、健壮、相对年轻的NASA宇航员，NASA的首席健康和医疗官J.D.波尔克说。“私营公司正在运送更广泛的人群，所以对他们来说进行研究很有帮助。”
此外，灵感4号机组人员在距离地面585公里的高度绕地球轨道飞行，这比国际空间站（ISS）和中国的天空站所处的高度要高得多，使乘客暴露在一个不同且可能更强烈的太空辐射环境中。
一项研究证实了NASA关于凯利双胞胎的研究，显示太空如何给灵感4号机组人员的免疫细胞带来压力，影响了一种名为单核细胞的白血球中的染色质或染色体物质。梅森说，免疫系统“处于高度紧张状态”。研究人员还对宇航员血液中的RNA进行了测序，发现太空飞行的压力影响了免疫系统基因的转录，可能会降低身体抵抗病毒的能力。
另一个麻烦的迹象是，团队记录了乘客端粒的异常延长，端粒是保护染色体并防止它们磨损的帽状物。衰老会使端粒缩短，但比正常更长的端粒也不健康，因为它们与更高的癌症风险有关。
该团队确实探索了一种可能预防一些辐射损伤的方法：通过抑制微RNA的功能——短RNA分子，可以沉默基因，被认为是太空辐射损伤的标志。研究人员开发了微RNA的抑制剂，称为拮抗剂，并将其应用于来自灵感4号机组人员和日本宇航员的血样衍生的细胞培养物。处理过的细胞受到的辐射损伤比对照组样本少。然而，科学家们距离开发出一种治疗方法还很远。
研究表明，男性和女性在太空中面临不同的风险，并且在返回地球后恢复的速度也不同，斯坦福大学的遗传学家Tejaswini Mishra说，她之前参与了NASA的双胞胎研究。
女性的视力似乎受微重力的影响较小，她们的单核细胞恢复正常的速度比男性快。但是女性太空旅行者似乎更容易受到一些心血管和癌症风险的影响。不过，Mishra说，目前关于女性宇航员的数据还不多，这些性别差异需要进一步研究。
随着商业太空飞行变得更加普遍，研究人员将需要开发一个伦理框架，平衡研究的潜在好处与乘客的隐私担忧以及在他们身上进行研究的风险，McGuire说，她是《科学》政策论坛关于这一主题的主要作者。“应该期望每个前往太空的人都至少参与最低风险的研究，”McGuire说。“也就是说，在他们进行这些旅行之前、期间和之后，收集关于他们的生物标志物、生物识别数据、生物医学数据。”
梅森和他的同事们正在将所有SOMA数据以全面的宇航员“生物库”形式提供给其他研究人员研究，存放在威尔康奈尔医学的CAMbank中。
他们还正在扩大他们的研究，检查通过Axiom公司中介前往ISS的私人宇航员的数据。他们计划分析今年更多Axiom航班的数据，以及Polaris Dawn航班的数据，这次航班将在今年夏天带着艾萨克曼和一个新的机组人员返回太空，并将包括首次为付费客户提供的太空行走。
随着公司加大太空旅游、商业空间站甚至私人月球之旅的计划，了解健康风险的需求正在增长——但研究的机会也在增加。“很快我们将从多个任务和多个机组人员那里获得更多数据，”梅森说。“我对未来持乐观态度。”
空间组学和医学图谱 （SOMA） 手稿、数据、协议和代码包代表了有史以来最大的航空航天医学和空间生物学数据汇编。来自 >25 个国家的 100 多个机构共同努力，协调一致地在 2024 年发布分子、细胞、生理、表型和航天数据。
值得注意的是，这包括对从第一批全平民船员那里收集的样本的分析。 灵感4 任务，由商业宇航员组成，他们开始执行短期任务，前往比国际空间站（ISS）更远的高空轨道（575公里）。这些数据与国际空间站宇航员的较长时间任务不同，后者通常停留120天、180天或365天。在轨道上，Inspiration4 机组人员进行了大量的科学实验，这些实验现在已经过处理、测序和分析，为 44 篇论文中的大多数做出了贡献。 SOMA封装 ，下面重点介绍其中的一些。秉承美国宇航局的开放科学精神和数据可访问性，在执行任务期间和之后从机组人员那里获得的所有原始和处理数据都已在美国宇航局的 开放科学数据存储库 美国宇航局基因实验室的扩展。此外 四个新的数据门户 已创建用于浏览任务的结果，其中还包括来自 美国宇航局双胞胎研究 ，增强我们对太空中人类健康的理解。
现在已经对来自不同轨道（即国际空间站和Inspiration4）的样本进行了分析和整合。 图片来源：Inspiration4 crew
SOMA一揽子计划在其他几个方面也是一个里程碑。它的特点是来自太空飞行的下一代测序 （NGS） 数据数量增加了 >10 倍，从太空飞行中处理的单细胞数量增加了 4 倍，第一个航空航天医学生物库的推出（威尔康奈尔医学院的 CAM银行 ），这是有史以来第一个来自宇航员的直接RNA测序数据，来自任务的最大数量的处理生物样本（2,911个），以及有史以来第一个来自宇航员的空间分辨转录组数据。
跨越国界和团队，在公司和政府之间工作，跨越无数的国际实验室，使得在这个包中获得最大的科学和博学。这些数据可以作为新实验、假设和后续研究的跳板，并指导未来的任务规划和对策的制定。最后，该软件包展示了分子生物学和精准医学的现代工具如何帮助引导人类完成更具挑战性的任务，这对于在月球、火星和更远的地方的永久存在至关重要。
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