太空里的“制藥廠”

歐陽瑞

你知道嗎？在我們頭頂上方的太空里，科學家建了一個“制藥廠”。為什么他們要在太空里建制藥廠呢，太空制藥廠有什么優(yōu)勢？讓我們走近看一看。

太空藥的誕生

太空中遍布宇宙射線，這些高能的宇宙射線能穿透生物的細胞壁和細胞膜，將生物細胞的染色體切斷。細胞染色體被切斷以后，它能利用自有的成分重新排列組合，產(chǎn)生一些新的基因片段，這就是我們說的基因突變。發(fā)生了基因突變后細胞能產(chǎn)生一些新的物質(zhì)和相應的性狀，我們常說的太空育種就是這個原理。

既然動植物在太空中能發(fā)生基因突變，微生物接收了宇宙射線后是不是也會突變呢？答案是肯定的，在太空中制造藥物就運用了這個現(xiàn)象。我們現(xiàn)在常用的大多數(shù)抗生素都是由真菌和細菌生產(chǎn)的，比如最早發(fā)現(xiàn)的青霉素是從青霉菌身上找到的，鏈霉素是灰色鏈霉菌的產(chǎn)物等。如果這些微生物發(fā)生了基因突變，它們制造的抗生素會發(fā)生什么變化呢？

20世紀末，美國科學家就在研究太空對微生物有什么影響，實驗發(fā)現(xiàn)，大部分微生物都被殺死了，剩下的變異物種獲得了強大的能力，它們的耐藥性更強了，也能分泌更多的抗生素等代謝物質(zhì)且毒性更強。1997年，美國在航天飛機上成功誘變了一種真菌，使其制造抗生素的能力大增，產(chǎn)量比地面品種增加了200%，第一款太空藥誕生了。

太空領(lǐng)域的后起之秀——中國也不甘示弱，中國的科學家同樣在太空做了很多微生物實驗，他們發(fā)現(xiàn)，在太空發(fā)生變異后，弗氏鏈霉菌的產(chǎn)物泰樂菌素、地中海諾卡氏菌的產(chǎn)物康樂霉素C等新型抗生素的產(chǎn)量都有所增加，對一些已產(chǎn)生耐藥性的細菌有良好的療效。20 0 5年，我國第一款太空藥“神舟三號口服溶液”上市，它的主要成分是6次搭乘飛船上天的誘變菌株α-溶血鏈球菌的代謝產(chǎn)物。基因突變后，α-溶血鏈球菌產(chǎn)生的代謝物甘露聚糖肽含量較同類產(chǎn)品提高3～5倍，它能激活人體骨髓中的造血干細胞，生成更多的免疫細胞，快速提高人體免疫力，對各種腫瘤均有良好的抑制和治療效果。

改善藥物品質(zhì)

太空中除了強輻射外，與地面還有一個顯著區(qū)別，那就是微重力，這對藥物的制造又有什么影響呢？

20世紀末，德國知名藥企默克公司開展了對蛋白質(zhì)在太空中的結(jié)晶情況的研究。首次上天的是抗病毒藥物干擾素，研究人員用X射線衍射技術(shù)研究了返回地球的樣品后，發(fā)現(xiàn)該蛋白質(zhì)藥物凝結(jié)成尺寸完全一致的小晶體，這更有利于藥物輸送到人體中。研究人員認為，在太空的微重力環(huán)境下，重力和液體的對流力變小，物質(zhì)在溶液中產(chǎn)生的沉淀減少，蛋白質(zhì)等物質(zhì)能夠更加自由地結(jié)晶，形成更規(guī)整更完美的晶體，這樣的藥物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且容易被人體吸收。

近年來，科學家研制了一種新型抗癌藥物叫做單克隆抗體，它是運用基因工程模仿人體的天然抗體制造的藥物，能像抗體一樣與特定的入侵者結(jié)合，激發(fā)人體的免疫功能，清除入侵者，比傳統(tǒng)藥物具有更大的特異性和更少的副作用，更適合抗癌。但是，這款藥物的結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，口服容易失效，需要靜脈注射輸入大劑量才能起到良好的效果。

2014年，默克公司將單克隆抗體藥物也送到了太空中，這類藥物在地球環(huán)境下不易溶，往往會形成高濃度的混濁溶液，只能通過長期多次的靜脈注射的方法給藥，加重了患者的負擔?？茖W家希望它在太空中能成為微粒約為5微米、沒有其余雜質(zhì)的均勻懸浮液，這樣就能通過肌肉注射的方法給藥。實驗結(jié)果完美符合他們的設(shè)想，他們回收的藥物懸浮液看起來和牛奶很相似，這說明里面充滿了白色的高濃度單克隆抗體結(jié)晶而幾乎沒有其他雜質(zhì)，這種藥物可以以肌注的方式注入病人體內(nèi)。

受此啟發(fā)，美國新興生物公司“λ-視力”也在2018年底將他們的主力產(chǎn)品——人造視網(wǎng)膜搬到了國際空間站中，希望在太空這種微重力環(huán)境中，能更快地生產(chǎn)出更均勻、更穩(wěn)定的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)。在地球上，λ-視力公司的三個機器人共同合作，將一層層光合細菌制造的視紫紅質(zhì)堆疊成膜，大約需要5天才能生產(chǎn)一個人造視網(wǎng)膜。而且由于受到重力的影響，視紫紅質(zhì)在堆疊時總會出現(xiàn)某種無序的排列狀態(tài)，影響視網(wǎng)膜的成像效果。太空的微重力環(huán)境確實加快了人造視網(wǎng)膜的制造速度，但是否提高了它的質(zhì)量還不得而知，不過結(jié)果很快就要揭曉了，2020年底，λ-視力公司的人造視網(wǎng)膜進入臨床試驗階段，共同期待他們的好消息吧。

理想實驗環(huán)境

太空的微重力還為科學家準備了一套天然廉價的實驗環(huán)境——外部條件和實驗對象。

在地球上，人們會因為疾病或受傷而出現(xiàn)肌肉萎縮的現(xiàn)象，這給人們的生活帶來了很大的不便，而且到目前為止，仍沒有很好的方法逆轉(zhuǎn)或緩解肌肉萎縮的癥狀。如果科學家們能夠了解，基因或蛋白質(zhì)的改變是如何影響肌肉的，他們就可能開發(fā)出治療這一疾病的好方法。而太空為他們了解肌肉萎縮提供了絕佳的環(huán)境。

研究表明，進入太空后，在微重力環(huán)境中，除了脖子之外，人體全身所有的肌肉群都會發(fā)生5%到17%的萎縮，直到第4個月人體才逐漸適應重力的變化。小鼠在太空中也同樣會出現(xiàn)肌肉萎縮的現(xiàn)象，科學家們就用小鼠來進行相關(guān)實驗。2019年，美國宇航局將40只小鼠送到國際空間站中，其中8只小鼠經(jīng)過基因改造，使其缺乏抑制肌肉生長的抑制素（肌肉組織中分泌的一種蛋白質(zhì)），因此，它們的肌肉比其余未經(jīng)基因改造的小鼠更大。

在軌道運行的33天中，科學家給其中的8只正常小鼠注射了一種稱為激活素A的蛋白質(zhì)分子，這種蛋白質(zhì)分子能減弱肌肉生長抑制素的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過基因改造也未注射激活素A的小鼠，在旅程結(jié)束后損失了大量的肌肉，而基因改造小鼠和注射了藥物的小鼠在航天飛行中基本保留了其肌肉，且回到地球后，其損失的肌肉恢復得更快。這種藥物注射到人體中是否也能發(fā)揮相同的療效呢？這還需要更多的實驗來驗證。

除了肌肉萎縮，在太空中還常發(fā)生骨質(zhì)疏松、平衡障礙和眼球平扁等癥狀，在太空中進行相關(guān)實驗，可得到新的知識，解決地球上遇到的類似問題。

雖然太空制藥廠比起地球制藥廠有這么多的優(yōu)勢，但在太空制藥并沒有想象中那么容易，狹小的實驗空間、巨大的運輸成本和潛在的健康風險都限制了人們建造大規(guī)模太空制藥廠的可能性。在重重阻礙下，未來的太空制藥廠將如何發(fā)展呢？讓我們拭目以待吧。