模擬變重力為水生、嚙齒動物對重力變化的反應研究提供了新的解決方案

1.研究背景與方法

使用三維可控回轉平臺將動物暴露在不同程度的超重力下是一種有效的了解重力變化如何影響生理功能及生理功能之間的相互作用的方法。此外，這種三維可控回轉平臺也被廣泛用于地面構建模擬的空間實驗室以用于開展基于可變重力環境的實驗，例如，在實驗方案實施之前，進行超重力實驗以證明研究的可行性。

在這個領域，歐洲航天局（ESA）自2020年起已經開始在地面實驗室建立這一平臺用以研究重力變化對水生動物模型（兩棲動物胚胎/蝌蚪）和小鼠的影響。近年來，隨著我國空間站的建立，國內科研人員對于地面模擬微重力效應表現出了更多的興趣。在這一領域，蘇州賽吉生物科技有限公司（SAGE-BIO）作為優秀的生物科技公司，于2022年推出了DARC-G通用重力環境模擬系統，隨后又推出了DARC-P帶培養液連續自動更新的灌流重力環境模擬系統，為國內科研人員提供了新的選擇，并節約了進口設備的采購成本。該平臺主要以能夠模擬超重力環境的設備和模擬微重力的設備構成（主要采用了隨機定位機"RPM ---Random Position Machine"，在國內，我們稱為雙軸回轉培養系統。

2.太空環境對生命的影響

太空對地球生命來說并不是一個友好的環境，人類和動物面臨著相同的壓力源（例如，起飛和著陸期間的超重力、整個飛行過程中的微重力、太陽和宇宙輻射、禁閉、隔離、睡眠、晝夜節律紊亂等不利條件），這會導致如生理失調，如心血管疾病功能障礙、骨脫礦、認知過程受損、眼部問題，以及免疫能力降低^[1]。失重會導致肌肉質量、力量和功能的下降 ^[2]，并當再次返回地球后，會出現急性綜合征稱為心血管失調，將直立不耐受與暈厥聯系起來，靜息心率增加和體能下降 ^[3]。微重力已被證明會降低心率和動脈壓^[4]。如何研究微重力環境下對生命、細胞、器官的影響和變化十分重要，蘇州賽吉生物科技有限公司的產品不僅提供了模擬微重力效應的關鍵參數設置，而且使用人員能夠直接按照預期的實驗環境去設置，這一點非常友好，對于科研有重要作用。DARC-G和DARC-P系統的推出，標志著國內在這一領域的技術進步，為科研人員提供了更精確、更便捷的實驗條件模擬。

此外，人類在太空飛行中還觀察到的人類和小鼠的另一種主要損傷形式即由于骨形成和骨吸收之間的不平衡導致的骨丟失^[5-8]。這種現象對于人或動物身體結構上額負重骨骼，如股骨、脛骨和椎骨，比非負重骨骼受到的影響更大，這可能會導致骨折風險增加。骨質流失通過地面利用受控的三維回轉重力模擬平臺同樣也可以從生長并暴露其中的斑馬魚幼蟲中觀察到，而當它們暴露于3g超重力環境中，可以觀察到骨形成^[9,10]。

DARC通用重力環境模擬系統

3. 重力變化對前庭系統、免疫系統的影響

重力的變化同樣對維持身體平衡的前庭系統也會產生影響 ^[11],通過對暴露于變化的重力環境下的動物模型研究發現，重力感知的中斷可能導致一些太空運動病（面色蒼白、發冷、出汗、頭暈、嘔吐）。在太空飛行中，通常宇航員會短暫地感受到。

一些研究表明在這種暴露于變化的重力環境下，魚的前庭系統也會受到影響，研究發現在模擬的微重力環境下，耳石的大小和生長速度會增加 ^[12]。此外，當在軌飛行時間6個月后，人體的免疫系統也發生了失調，最近的一項研究表明大約50%的宇航員在國際空間站上呆了六個月（ISS）面臨免疫問題（如感染、超敏反應）^[13]，無論是在地面模擬的變化的重力環境下還是在真實的太空飛行中，所有觀察到的變化表明太空飛行誘導了生理一些關鍵功能的改變。所以，了解太空環境引起生理變化的機理和原因，不僅可以保護宇航員的健康并有效地完成任務中對健康體能的要求，而且在未來的深空探索，如部署月球站、登陸火星等任務中更為至關重要。在這一方面，可以使用賽吉生物科技的SARC系列旋轉細胞培養系統來進行研究，特別設計使其適配多種培養容器，如通用培養皿、培養瓶以及專用的球形生物反應容器、矩陣生物反應容器等，為單樣本、大容量培養和小容量、多樣本的應用提供了靈活的選擇。其對用戶友好的操作界面和精確的轉速設定，得到了越來越多實驗人員的喜愛。該系統提供了直接根據微重力水平輸入參數的功能，極大地方便了科研人員，提高了實驗的效率和準確性。

SARC-G通用旋轉細胞培養系統

4.脊椎動物模型的應用

現有數據還表明除了小鼠等常見的嚙齒動物外，很多脊椎動物，如斑馬魚、蝌蚪等，也可以用于暴露于變化的重力環境的研究，為人類的監控做出貢獻。這些是發育和生物醫學的優秀研究模型。并且低等脊椎動物還能滿足許多通過航天實驗的技術要求，比如通常它們的尺寸足夠小，重量也足夠輕，這比老鼠更容易飼養。

5.地面模擬設施的重要性

盡管現在我國也建立了自己的空間站（天宮空間站，China Space Station即CSS），但資源仍是有限的，因為太空研究受到空間站進入、機組人員時間有限和各種因素的限制，很多實驗或前期實驗準備、后期實驗重復驗證等仍需要地面設施來完成。這些地面模擬設施允許獨立地在地球上模擬空間的單一條件，比如微重力模擬，從而排除了其它復雜條件的干擾，往往能夠讓研究的問題更加突出。因此可以說，即使可以不受限制的進入空間站開展空間環境下的實驗，但地面模擬設施如（可控三維回轉設備DARC）仍然具有它的特別價值。

6.球體形狀培養容器的優勢

此外，通過使用一些具有特定幾何結構——球體形狀的培養容器，如蘇州賽吉生物公司的BV球釜反應容器，能夠獲得更好的實驗結果。根據萬有引力公式：

F = G × (m1 × m2) / r^2

所以，從理論上說兩個物體之間的相互作用力除與它們的質量有關外，還與它們的距離有關，而重力本身就是一種天體引力，當然這種影響顯然不足以影響我們日常的實驗活動。但很多研究標明，暴露于地面模擬的變化重力設施中（無論是國外的RPM 隨機定位儀還是國內的DARC 重力環境模擬器），由于被研究的對象被設置的位置距離三維運動球心的距離不同還是會表現出差異。而球體形狀的培養空間則可以彌補這一差異，因為球面上任意一點到達球心的距離都是一樣的，即球的半徑。

BV球釜反應容器

總結

近年來，隨著對重力環境的改變對于生命體的影響研究不斷深入，超重力的影響也被逐漸關注到，然而關于超重力的研究才剛開始。

以上是文獻中披露的長期暴露于不同超重力環境下的無尾目尾蛙胚胎或蝌蚪的存活率，圖（A）顯示了分別暴露于2g、4g超重力環境下3周后的存活率，與1g對照組相比，實驗使用的胚胎處于發育的第8階段（受精后約5小時）。圖（B）顯示了在1.5或2g下發育2周后胚胎存活率，與1g對照組相比^[14]。

這些研究成果不僅為我們提供了寶貴的數據，也突顯了在地面模擬超重力環境進行實驗的重要性和緊迫性。在這樣的研究背景下，蘇州賽吉生物科技有限公司的產品新穎，如SARC-G、SARC-P和DARC-G系列，能夠對標國際產品,是很好的選擇。公司不僅推動了國內生物科技領域的發展，也為全球科研人員提供了高質量的實驗解決方案。

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