约翰霍普金斯大学的医学科学家们对48个人类生物工程心脏组织样本进行了为期30天的太空实验，结果显示，太空中的低重力环境对组织造成了损害，影响了其正常的节律跳动。
研究表明，心脏组织在太空中的表现不佳，经过一段时间后，空间站内的组织强度仅为地球上同类组织的一半。
这些发现加深了科学家们对低重力对宇航员长期太空任务生存和健康影响的理解，并可能为研究地球上心肌衰老及其治疗提供新的模型。
相关的分析报告将于9月23日当周在《美国国家科学院院刊》上发表。
之前的研究显示，一些宇航员在返回地球后会出现与年龄相关的疾病，如心肌功能下降和心律失常，而这些影响有时会随着时间的推移而减轻。
约翰霍普金斯大学医学院的金德镐博士表示，科学家们正在细胞和分子层面上研究这些影响，以确保宇航员在长途太空飞行中的安全。金博士负责将心脏组织送往空间站的项目。
为了制造心脏负载，科学家Jonathan Tsui博士诱导人类诱导多能干细胞(iPSCs)发育成心肌细胞。徐锦江是金博士在华盛顿大学实验室的博士生，随金博士于2019年搬到约翰霍普金斯大学，继续进行太空生物学研究。
徐克将组织放入生物工程的微型组织芯片中，以收集组织收缩的数据。这些细胞的3D外壳被设计成在一个仅有手机一半大小的腔室中模拟成人心脏的环境。
为了将样本送上2020年3月发射的SpaceX CRS-20号空间站，Tsui博士亲自将样本带到佛罗里达，并在肯尼迪航天中心照顾样本一个月。Tsui现在是Tenaya Therapeutics公司的科学家，专注于心脏病的预防和治疗。
样本送到空间站后，科学家们每30分钟就会收到10秒的实时数据，记录细胞收缩的强度和任何不规则的跳动模式。宇航员Jessica Meir博士每周更换一次组织周围的液体营养，并在特定时间间隔保存组织，以便后续的基因读取和成像分析。
研究小组还在地球上以相同方式发育的心脏组织中进行对照实验，以便与太空中的组织进行比较。
当组织室返回地球时，徐克继续维护和收集组织的数据。
“干细胞和组织工程、生物传感器和生物电子学以及微加工领域的尖端技术确保了这些组织在太空中的生存能力，”金博士表示，他的团队为该项目开发了组织芯片。
Devin maair博士是金实验室的前博士生，现在是约翰霍普金斯大学的博士后，他分析了组织的收缩能力。
除了力量下降，心脏肌肉组织在太空中还出现了不规则的跳动，这可能导致心脏衰竭。正常情况下，心脏组织的跳动间隔约为一秒，而在空间站的组织中，这一间隔几乎延长了五倍，尽管返回地球后几乎恢复正常。
科学家们还发现，进入太空的组织中，肌节变得更短、更混乱，这是心脏病的一个标志。
此外，细胞中产生能量的线粒体变得更大、更圆，并失去了帮助细胞利用和产生能量的特征褶皱。
最后，梅尔博士、生物医学工程助理研究教授Ahn Eun Hyun博士和约翰霍普金斯大学的博士生董志鹏研究了太空和地球上组织中的基因读数。空间站上的组织显示出与炎症和氧化损伤相关的基因产量增加，这也是心脏病的标志。
梅尔博士表示：“许多这些氧化损伤和炎症的标志物在宇航员的飞行后检查中一直被证明。”
2023年，金博士的实验室将第二批3D工程心脏组织送往空间站，以筛选可能保护细胞免受低重力影响的药物。这项研究正在进行中，科学家们认为这些药物可能有助于人们随着年龄的增长保持心脏功能。
科学家们正在继续改进他们的“芯片组织”系统，并在美国宇航局的太空辐射实验室研究辐射对心脏组织的影响。空间站位于近地轨道，地球的磁场使居住者免受大部分空间辐射的影响。
金博士是Curi Bio的联合创始人、科学顾问委员会成员和股东，该公司开发用于药物开发的生物工程组织平台。Ahn博士是金博士的配偶，并担任NIH资助项目的共同研究员或首席研究员。
研究经费由美国国立卫生研究院提供。
其他对这项研究做出贡献的研究人员包括约翰霍普金斯大学的杰弗里·陈，华盛顿大学的泰·东希，亚历克·史密斯和内森·斯尼亚德基，科罗拉多大学博尔德分校的保罗·柯尼格和斯蒂芬妮·康特里曼，以及布朗大学的彼得·李。
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