國際空間站空間生命科學(xué)研究熱點(diǎn)及其演變分析

韓 培,張 偉,張麗艷,楊 帆,韓 淋,范唯唯,王海名*

(1.中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心,北京 100094; 2.中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院,北京 100190)

1 引言

空間生命科學(xué)是空間科學(xué)和生命科學(xué)的交叉學(xué)科,主要研究地球之外生命存在的可能和生命起源演化等基本科學(xué)問題,以及地球生物包括人類進(jìn)入空間后在空間特殊條件下的響應(yīng)、生存、變化和適應(yīng)等活動(dòng)規(guī)律,還關(guān)注空間生物技術(shù)和轉(zhuǎn)化應(yīng)用問題、支撐載人空間探索活動(dòng)的應(yīng)用問題以及支撐空間生命科學(xué)研究的特殊方法和相關(guān)技術(shù)等。

國際空間站(International Space Station,ISS)自1998年發(fā)射首個(gè)組件以來,一直是最重要的空間生命科學(xué)研究平臺(tái),代表著空間生物學(xué)和航天醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展方向。2020年,ISS 實(shí)現(xiàn)連續(xù)載人20 周年,這是人類近地軌道實(shí)驗(yàn)室的重要里程碑。可以預(yù)期在未來相當(dāng)長的一段時(shí)期,ISS 仍將在空間生命科學(xué)研究領(lǐng)域占據(jù)極其重要的地位。

本文聚焦在ISS 開展的空間生命科學(xué)研究,利用文獻(xiàn)計(jì)量和文本挖掘方法,分析ISS 空間生命科學(xué)領(lǐng)域項(xiàng)目開展情況,描繪ISS 空間生命科學(xué)研究的發(fā)展態(tài)勢,并從ISS 空間生命科學(xué)領(lǐng)域近期重點(diǎn)/亮點(diǎn)成果表征ISS 生命科學(xué)的重點(diǎn)研究方向。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

本文分析的ISS 空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(包括實(shí)驗(yàn)名、所述領(lǐng)域、資助機(jī)構(gòu)、研究機(jī)構(gòu)、遠(yuǎn)征任務(wù)信息等)采集自NASA 為ISS 計(jì)劃建設(shè)的專題網(wǎng)站,數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2020年12月23日。ISS空間生命科學(xué)論文產(chǎn)出采集自上述專題網(wǎng)站的Publication 字段,本文僅對被科睿唯安公司W(wǎng)eb of Science 數(shù)據(jù)庫(WOS)收錄的研究論文和會(huì)議論文進(jìn)行分析。分析工具為Derwent Data Analyzer 和CiteSpace。

由于俄羅斯產(chǎn)出的大部分論文未被WOS 數(shù)據(jù)庫收錄,因此未對其成果開展分析,俄羅斯在空間生命科學(xué)領(lǐng)域的整體表現(xiàn)可能被低估。

基于ISS 研究和發(fā)展大會(huì)遴選出的最受矚目研究成果和最佳創(chuàng)新研究工作,并結(jié)合對ISS 空間生命科學(xué)領(lǐng)域高被引論文的分析,確定空間生命科學(xué)領(lǐng)域近期重點(diǎn)/亮點(diǎn)成果。

3 ISS 空間生命科學(xué)研究態(tài)勢

3.1 項(xiàng)目開展情況

按照NASA 的分類體系,在ISS 上進(jìn)行的空間生命科學(xué)研究可分為兩大方向:人體研究以及生物學(xué)與生物技術(shù)研究。與空間生命科學(xué)相關(guān)的研究項(xiàng)目占ISS 總實(shí)驗(yàn)項(xiàng)數(shù)(2265 項(xiàng))的38.3%,足見其重要性。

2001—2020年,ISS 第0～63 批考察組的空間生命科學(xué)任務(wù)共進(jìn)行了868 項(xiàng)實(shí)驗(yàn)(2906 次),其中589 項(xiàng)(1385 次)為生物學(xué)與生物技術(shù)研究,279 項(xiàng)(1521 次)為人體研究項(xiàng)目。

在生物學(xué)與生物技術(shù)領(lǐng)域,NASA 開展項(xiàng)目數(shù)量占總項(xiàng)目數(shù)的比例超過一半。細(xì)胞生物學(xué)、植物生物學(xué)、大分子晶體生長、微生物學(xué)是NASA開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量最多的領(lǐng)域。俄羅斯國家航天集團(tuán)公司(ROSCOSMOS)開展數(shù)量位居第二,研究聚焦在細(xì)胞生物學(xué)和大分子晶體生長領(lǐng)域(表1)。

表1 ISS 第0～63 批遠(yuǎn)征任務(wù)生物學(xué)與生物技術(shù)領(lǐng)域研究項(xiàng)目Table 1 Number of experiments by category & agency in the field of biology and biotechnology

在人體研究領(lǐng)域,NASA 項(xiàng)目數(shù)量同樣領(lǐng)先于其他機(jī)構(gòu)。綜合生理學(xué)和營養(yǎng)學(xué)、骨骼和肌肉生理學(xué)、心血管和呼吸系統(tǒng)是NASA 參與最多的人體研究項(xiàng)目。ROSCOSMOS 的研究重點(diǎn)也是綜合生理學(xué)和營養(yǎng)學(xué)、心血管和呼吸系統(tǒng)方向,同時(shí)關(guān)注輻射對人類的影響。ESA 的研究重點(diǎn)則聚焦在神經(jīng)和前庭系統(tǒng)等方向(表2)。

表2 ISS 第0～63 批遠(yuǎn)征任務(wù)人體研究領(lǐng)域研究項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)Table 2 Number of experiments by category & agency in the field of human research

3.2 論文產(chǎn)出態(tài)勢

2001—2020年,ISS 累計(jì)產(chǎn)出的空間生命科學(xué)領(lǐng)域論文(僅統(tǒng)計(jì)SCI 數(shù)據(jù)庫收錄的論文)總計(jì)1205 篇,論文產(chǎn)出整體呈現(xiàn)平穩(wěn)增長態(tài)勢。從領(lǐng)域分布(按WOS 給出的領(lǐng)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì),每篇論文可能涉及多個(gè)領(lǐng)域)情況看,ISS 產(chǎn)出的空間生命科學(xué)領(lǐng)域論文主要涉及多學(xué)科科學(xué)、航空航天工程、天文學(xué)和天體物理學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域(圖1)。

圖1 2001—2020年空間生命科學(xué)領(lǐng)域論文數(shù)量按領(lǐng)域分布情況Fig.1 Publication output of the ISS by subcategory in the field of space life science during 2001—2020

共有46 個(gè)國家和地區(qū)參與了ISS 空間生命科學(xué)研究。2001—2020年,空間生命科學(xué)領(lǐng)域主要國家的論文數(shù)量、被引頻次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(表3)表明:美國保持領(lǐng)先地位,發(fā)文量占論文總量的55.2%。美國產(chǎn)出論文的被引頻次也遙遙領(lǐng)先,其影響力規(guī)模遠(yuǎn)高于其他國家。日本、德國、俄羅斯、意大利的產(chǎn)出規(guī)模處于第二梯隊(duì),法國、加拿大、比利時(shí)、荷蘭、英國發(fā)文量處于第三梯隊(duì)。上述國家也是被引頻次最多的國家。

表3 2001—2020年空間生命科學(xué)領(lǐng)域主要國家相關(guān)數(shù)據(jù)Table 3 Academic publication and influence of major countries during 2001—2020

中國雖然不是ISS 計(jì)劃參與國,但中國參與的研究論文在影響力水平方面表現(xiàn)突出,總被引頻次位列第11 位,篇均被引頻次指標(biāo)表現(xiàn)(55.35次/篇)顯著優(yōu)于產(chǎn)出TOP 10 國家。

表4 顯示了2001—2020年空間生命科學(xué)領(lǐng)域高被引論文排名TOP 10 國家及其高被引論文數(shù)量占世界總量的份額和占本國總量的份額。為了避免統(tǒng)計(jì)結(jié)果的偶然性,本文中高被引論文指2001—2020年發(fā)表的論文中被引頻次位于年排名前10%的論文,共計(jì)122 篇。入選高被引論文排名TOP 10 的國家與論文排名TOP 10 國家基本一致,總體看研究規(guī)模越大的國家高被引論文數(shù)量越多。美國在高被引論文方面表現(xiàn)更為突出,高被引論文占世界總量的份額達(dá)到82.8%。日、德兩國高被引論文數(shù)量占據(jù)排行榜的第二、第三名,占世界份額均超過10%。

表4 2001—2020年空間生命科學(xué)領(lǐng)域高被引論文排名TOP 10 國家高被引論文數(shù)據(jù)Table 4 Top 10 countries which contributed most highly cited papers in space life science during 2001—2020

中國貢獻(xiàn)4 篇高被引論文,位居并列第8位[1-4]。雖然絕對數(shù)量不高,但占中國論文數(shù)量的在Top10 國家中位居最前列,反映出學(xué)術(shù)界對中國研究成果的認(rèn)可。

空間生命科學(xué)領(lǐng)域保持著活躍的國際合作。其中,美國開展了最多的合作研究,在國際合作網(wǎng)絡(luò)中位于中心位置,其主要合作伙伴是德國、日本和俄羅斯。俄羅斯、日本、德國等也開展了大量合作研究(圖2)。

圖2 基于論文共現(xiàn)的2001—2020年ISS 空間生命科學(xué)論文主要產(chǎn)出國家國際合作關(guān)系圖Fig. 2 International cooperation between major countries in space life science during 2001—2020

4 ISS 研究熱點(diǎn)分析

4.1 基于突變術(shù)語的研究熱點(diǎn)分析

對于研究前沿的識別,許多研究人員針對不同研究領(lǐng)域均采用了突變術(shù)語探測這一方法。由陳超美等[5]開發(fā)的CiteSpace 集成了Kleinberg 提出的突變探測算法,已獲得廣泛應(yīng)用。本文使用CiteSpace 的突變術(shù)語探測功能開展分析,對空間生命科學(xué)研究SCI 期刊論文進(jìn)行分析,得到突發(fā)高被引的Top 40 個(gè)突變術(shù)語,它們代表了2000—2020年空間生命科學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的新興前沿研究方向(圖3)。

圖3 空間生命科學(xué)SCI 期刊論文突變術(shù)語TOP40(按照出現(xiàn)時(shí)間先后排序)Fig.3 Top 40 burst terms in space life sciences (in order of appearance)

根據(jù)Kleinberg 突變探測算法,某一突變術(shù)語的突變強(qiáng)度越高,則表明其代表的研究前沿正在興起趨勢的可信度越高。在2000—2005、2006—2010、2011—2015、2016—2020年4 個(gè)時(shí)間段,選取突變強(qiáng)度較高的4 個(gè)典型突變術(shù)語,即空間生命科學(xué)新興前沿研究方向進(jìn)行分析解讀。檢索了圍繞這4 個(gè)突變術(shù)語開展研究的論文,并根據(jù)相關(guān)論文的主題相關(guān)性和被引頻次選擇2 篇代表性論文進(jìn)行研讀,對該突變方向進(jìn)行綜合研判。

1)結(jié)晶(Crystallization)。在2001—2005年間,研究突變強(qiáng)度為30.33。代表性研究有:Caffrey 等[6]概述了在膜蛋白結(jié)晶領(lǐng)域流行的科學(xué)觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)方法,重點(diǎn)介紹了利用脂質(zhì)和洗滌劑的自發(fā)組裝特性作為囊泡(囊泡融合法)、盤狀膠束(bicelle 法)以及液晶/中間相法。研究還介紹了利用bicelle 法囊泡融合法制取2 種膜蛋白晶體的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié),并評論了其在未來的普遍適用性,以及通過對比微重力條件下的結(jié)晶過程對3 種新方法的原理進(jìn)行了解釋。Berisio 等[7]研究了膠原蛋白樣多肽[(Pro-Pro-Gly)10]3的全長結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)從微重力環(huán)境下生長的晶體中獲得,利用同步輻射技術(shù),其分辨率可達(dá)1.3 埃,R 因子為0.18,是迄今為止報(bào)道的對膠原蛋白三螺旋最高分辨率的表征結(jié)果,并提供了與膠原蛋白三螺旋結(jié)構(gòu)和組裝相關(guān)的一系列線索。

2)抗阻運(yùn)動(dòng)( Resistance Exercise)。在2006—2010年間,研究突變強(qiáng)度為27.33。代表性研究有:Trappe 等[8]記錄航天員在ISS 上進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃,并檢查其對保持小腿肌肉特征的有效性。研究評估了空間飛行前后航天員小腿肌肉體積、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)小腿肌肉性能以及肌肉纖維類型(腓腸肌和比目魚肌)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,在經(jīng)歷6 個(gè)月的空間飛行后,航天員小腿肌肉質(zhì)量和性能下降,同時(shí)腓腸肌和比目魚肌的纖維類型由慢到快過渡。Trappe 等[9]研究了在60 d 模擬失重(頭向下傾斜6°臥床休息)期間,對下肢骨骼肌體積和力量損失的具體運(yùn)動(dòng)和營養(yǎng)對策。研究發(fā)現(xiàn),增強(qiáng)營養(yǎng)不能有效地抵消下肢肌肉體積或力量的損失,反而在實(shí)際上促進(jìn)了大腿肌肉體積的損失。有氧和抗阻運(yùn)動(dòng)方案能有效防止大腿肌肉體積的損失,以及大腿和小腿肌肉力量的損失。

3)擬南芥(ArabidopsisThaliana)。在2011—2015年間,研究突變強(qiáng)度為16.44。代表性研究有:Correll 等[10]分析了ISS 生長的擬南芥幼苗轉(zhuǎn)錄組。對經(jīng)歷空間飛行的樣本與地面對照組的比較結(jié)果顯示,約有280 個(gè)基因受到至少2 倍的不同調(diào)節(jié),其中有數(shù)個(gè)基因參與調(diào)節(jié)細(xì)胞極性(即鈣、脂質(zhì)代謝)、細(xì)胞壁發(fā)育、氧氣狀態(tài)和細(xì)胞防御或壓力。但空間站模擬1 G 環(huán)境下生長樣本的轉(zhuǎn)錄組與微重力環(huán)境樣本相比僅有約130 個(gè)基因被確定為受到了不同的調(diào)節(jié)。Paul 等[11]發(fā)現(xiàn),擬南芥的轉(zhuǎn)錄組證明了擬南芥對航天飛行反應(yīng)的器官特異性變化,與地面對照組相比,有480 個(gè)基因在經(jīng)歷空間飛行的植物中的表達(dá)出現(xiàn)明顯變化,表明空間飛行在整個(gè)植物中啟動(dòng)了細(xì)胞重塑,但響應(yīng)的具體策略在植物的特定器官中是不同的。在沒有重力的情況下,植物依靠其他環(huán)境線索來啟動(dòng)對成功生長和發(fā)育至關(guān)重要的形態(tài)學(xué)反應(yīng),而這種參與的基礎(chǔ)在于基因的不同表達(dá),以器官特定的方式最大限度地利用這些信號。

4)氧化應(yīng)激(Oxidative Stress)。在2016—2020年間,研究突變強(qiáng)度為29.78。代表性研究有:Tian 等[12]總結(jié)了空間環(huán)境中的主要因素,即輻射和微重力在生物體氧化應(yīng)激產(chǎn)生中的關(guān)鍵作用,以及氧化應(yīng)激對骨形成的抑制作用。此外還討論了氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的骨骼退化的可能機(jī)制,并列舉若干通過氧化應(yīng)激拮抗作用治療骨流失的對策。Mao 等[13]在模擬空間輻射環(huán)境下評估大腦皮層和海馬體的氧化損傷。相關(guān)研究結(jié)果首次證明長期暴露于模擬微重力和LDR 輻射與氧化應(yīng)激生物標(biāo)志物的增加有關(guān),這可能會(huì)增加腦損傷的可能性和減少抗氧化劑防御能力。含NOX2 的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酯(NADPH 氧化酶)可能有助于緩解空間環(huán)境引起的氧化應(yīng)激。

值得指出的是,突變術(shù)語突變強(qiáng)度也與在軌研究條件密切相關(guān),新的實(shí)驗(yàn)裝置投入運(yùn)行也會(huì)伴隨大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和產(chǎn)出。從某種意義上講,突變強(qiáng)度反映了空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的水平和能力。

4.2 空間生命科學(xué)重要研究成果

4.2.1 基于高被引論文的研究成果

2016—2020年間,ISS 空間生命科學(xué)領(lǐng)域被引頻次最高的研究成果是NASA 雙胞胎實(shí)驗(yàn)系列結(jié)果,論文匯總了10 個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的工作,揭示出關(guān)于人體如何適應(yīng)并從極端的空間環(huán)境中恢復(fù)的信息[14]。重要發(fā)現(xiàn)如下:①通過對比雙胞胎體內(nèi)白細(xì)胞內(nèi)端粒的衰減速率,研究人員發(fā)現(xiàn)在空間環(huán)境中,Scott Kelly 體內(nèi)的端粒有所增長,但在返回地球6 個(gè)月后其平均端粒長度恢復(fù)正常。相比之下,其兄弟的端粒在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間保持穩(wěn)定;②Scott Kelly 的免疫系統(tǒng)在空間中做出了適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。例如,在空間中施用的流感疫苗就像在地球上一樣有效;③基因表達(dá)具有可變性,它反映了身體對環(huán)境的響應(yīng),將有助于了解基因表達(dá)如何與航天相關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。研究人員觀察到在太空中Scott Kelly 基因表達(dá)的變化,大部分變化在返回地面6 個(gè)月后恢復(fù)正常,但外周血淋巴細(xì)胞與損傷修復(fù)相關(guān)基因的甲基化水平仍然沒有恢復(fù)正常水平。此外,相關(guān)結(jié)果確定了未來用于監(jiān)測航天員健康狀況并可能用于開發(fā)個(gè)性化對策的關(guān)鍵基因。

被引頻次排名第二的研究論文介紹了首次在ISS 實(shí)現(xiàn)的從微生物樣品制備到基因測序的完整微生物鑒定流程[15]。MinION 是英國Oxford Nanopore 公司推出的僅有U 盤大小的小型基因測序儀,對振動(dòng)不敏感,運(yùn)行時(shí)也無需大量電力,價(jià)格約為1000 美元,一天能生成約1 GB 數(shù)據(jù)。2015年9月,在經(jīng)過一百多次拋物線飛行實(shí)驗(yàn)后,確認(rèn)可以在空間中直接進(jìn)行基因測序。2016年7月18日,SpaceX 公司的Dragon 飛船發(fā)射升空,將MinION 送抵ISS。研究人員將事先準(zhǔn)備好的老鼠、病毒和細(xì)菌的DNA 樣本運(yùn)至ISS,由具有分子生物學(xué)背景的Kate Rubins 在空間利用MinION 對DNA 樣本進(jìn)行檢測,而地面團(tuán)隊(duì)同步對相同樣本進(jìn)行測序。比較后發(fā)現(xiàn),空間和地面的2 種測序結(jié)果完美匹配,這標(biāo)志著人類已經(jīng)迎來在空間對活體生物進(jìn)行基因測序的新時(shí)代。新技術(shù)通過對微生物鑒定、疾病診斷、實(shí)時(shí)的基因組數(shù)據(jù)采集等方面的改進(jìn),能夠極大提升ISS 上的生命科學(xué)研究水平,適用于空間飛行的DNA 測序技術(shù)還可以集成到宇宙生物學(xué)探索任務(wù)中。

其他高被引研究成果還涉及長期空間飛行對大腦結(jié)構(gòu)與功能的影響,長期臥床休息對人體的影響,重力和微重力對顱內(nèi)壓的影響,微重力對骨骼、肌肉的影響,空間飛行對免疫系統(tǒng)的影響、人類對空間環(huán)境的病理生理學(xué)適應(yīng)性等研究。

4.2.2 ISS 研究和發(fā)展大會(huì)遴選出的重要研究成果

美國宇航學(xué)會(huì)、NASA 和空間科學(xué)促進(jìn)中心聯(lián)合召開年度ISS 研究和發(fā)展大會(huì)。該大會(huì)自2015年以來遴選出最受矚目的研究成果和最佳創(chuàng)新研究工作中涉及空間生命科學(xué)研究的成果主要包括以下幾項(xiàng):

1)轉(zhuǎn)基因擬南芥基因表達(dá)系統(tǒng)(Transgenic Arabidopsis Gene Expression System,TAGES)。通過增加特殊基因?qū)⒅参镛D(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量周圍環(huán)境質(zhì)量的植物傳感器。研究人員觀察特定基因上做了熒光標(biāo)記的擬南芥的根在ISS 上的發(fā)育情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在定向光源下,根系并不順著逆向光源的方向生長,而是呈一定角度,證明這種根系生長的偏斜模式與重力無關(guān)。此外,還發(fā)現(xiàn)太空飛行使得植物的早期發(fā)育變慢[16]。

2)納米機(jī)架-細(xì)胞箱-微重力對人體甲狀腺癌細(xì)胞的影響(NanoRacks-CellBox-Thyroid Cancer)[17]。在ISS 提供的微重力環(huán)境下培育癌細(xì)胞,可以排除重力的影響,獲得球狀集合體或單獨(dú)的層狀結(jié)構(gòu)細(xì)胞,模仿真實(shí)腫瘤組織中的結(jié)構(gòu)。這些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)將用于尋找新的生物標(biāo)記,開發(fā)治療甲狀腺癌的新藥。

3)利用影像引導(dǎo)自動(dòng)機(jī)器人(IGAR)診斷和治療乳腺癌[18]。IGAR 基于航天飛機(jī)和ISS 加拿大機(jī)械臂的計(jì)算機(jī)化起重和維護(hù)技術(shù)建造,有望開展極其精準(zhǔn)的微創(chuàng)乳腺癌治療,未來還可能用于診斷和治療其他癌癥。加拿大衛(wèi)生部已經(jīng)批準(zhǔn)IGAR 自2014年12月起開始二期臨床試驗(yàn)。

4)Merck 實(shí)驗(yàn)室的研究人員將其在蛋白質(zhì)晶體生長方面的研究進(jìn)行商業(yè)化和非政府化利用,幫助促進(jìn)科學(xué)知識發(fā)展,引發(fā)新的疾病治療方案設(shè)計(jì)。這項(xiàng)研究有潛力提高單克隆抗體這類新型藥物的有效性、安全性和轉(zhuǎn)運(yùn)[19]。

5)NASA 開展的一碳(One Carbon)實(shí)驗(yàn)。首次發(fā)現(xiàn)了空間飛行導(dǎo)致視覺變化的遺傳傾向[20]。約有20%的ISS 航天員會(huì)在飛行結(jié)束后發(fā)生視覺變化,因此該研究對于發(fā)現(xiàn)這種變化的原因并為未來深空任務(wù)找到更有針對性的措施非常重要。One Carbon 實(shí)驗(yàn)通過評估參與一碳代謝的酶的多態(tài)性作用,研究太空飛行后視覺障礙和顱內(nèi)壓增高的風(fēng)險(xiǎn)。通過研究49 名航天員血液樣本中一碳途徑酶的5 種多態(tài)性,發(fā)現(xiàn)2 種多態(tài)性與空間飛行導(dǎo)致的視覺變化之間存在關(guān)聯(lián)。統(tǒng)計(jì)模型顯示,維生素B-12 缺乏和遺傳學(xué)因素是觀察到的多種眼部問題的重要預(yù)測指標(biāo)。該團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步探索補(bǔ)充維生素B 的潛在效果,并評估有類似視覺問題的病人的一碳途徑基因多態(tài)性[21]。

6)JAXA 蛋白質(zhì)晶體生長(JAXA PCG)實(shí)驗(yàn)。通過對在ISS 上生長的高品質(zhì)蛋白質(zhì)晶體開展結(jié)構(gòu)分析,成功闡明了牙周病原體轉(zhuǎn)換能量源的方式[21]。ISS 微重力環(huán)境為生長高品質(zhì)蛋白質(zhì)晶體提供了絕佳條件,對這些晶體結(jié)構(gòu)的分析可用于設(shè)計(jì)新藥和新型工業(yè)催化劑。該項(xiàng)研究成果有助于開發(fā)針對牙周病原體的抗菌劑。

7)iXpressGenes 公司開展用于中子晶體學(xué)的蛋白質(zhì)晶體PC4NC 實(shí)驗(yàn),生長焦磷酸酶晶體,并研究晶體的中子衍射[22]。ISS 的微重力環(huán)境為獲得酶的大晶體提供了可能,通過研究晶體結(jié)構(gòu)有助于確定蛋白質(zhì)的功能及其參與疾病的過程。

8)2 項(xiàng)在ISS 上開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究了長期空間飛行對心臟功能和大腦供血血管的影響[23]。①從ISS 返回時(shí)的心腦血管疾病防治項(xiàng)目首次直接衡量了日?；顒?dòng)減少與約一半航天員在返回地面時(shí)發(fā)生的血壓控制障礙之間的關(guān)聯(lián),并觀測到由于血壓變化造成腦血管活動(dòng)降低,這也有可能導(dǎo)致航天員回到正常重力環(huán)境下發(fā)生暈眩。②長期空間飛行導(dǎo)致的心血管健康問題(Vascular)項(xiàng)目。研究日常活動(dòng)減少對心血管健康的影響,對航天員的動(dòng)脈和血液中的生物標(biāo)志物進(jìn)行了詳細(xì)研究。結(jié)果顯示,6 個(gè)月的空間飛行后,頸總動(dòng)脈硬度增加的程度與正常老化10～20年接近。另一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)是血液標(biāo)志物顯示發(fā)生了胰島素抵抗,而胰島素抵抗與2 型糖尿病和心臟病相關(guān)。研究顯示即使是身體非常健康的航天員在長期空間飛行后也會(huì)發(fā)生心血管健康問題,包括暈眩風(fēng)險(xiǎn)、動(dòng)脈硬度增加和胰島素抵抗等,這些研究對于開發(fā)更好的措施,保障航天員健康以及利用這些知識幫助地面上的人類非常重要。

9)生物測序儀項(xiàng)目。旨在測試?yán)梦⑿蜏y序儀在空間中開展傳染病診斷、識別微生物并更好了解航天員發(fā)生的遺傳變化[24]。2016年NASA 航天員Kate Rubins 利用MinION 微型測序儀在ISS 上成功完成首次微重力條件下的DNA測序。

10)空間中小鼠的轉(zhuǎn)錄組分析和生殖細(xì)胞發(fā)育分析實(shí)驗(yàn)。研究了在ISS 上的多重人造重力研究系統(tǒng)中生活了一個(gè)月的雄性小鼠的基因表達(dá)模式變化情況[25]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),暴露于微重力下的小鼠對水的消耗更多,肌肉損失更多,骨密度下降程度更大,而處于模擬地球重力下的小鼠則沒有發(fā)生這些變化。減重力是航天員某些健康問題的起因,這些結(jié)果也是首個(gè)證明增加重力可預(yù)防骨密度和肌肉質(zhì)量減少的證據(jù)。

11)空間飛行對心血管干細(xì)胞功能的影響實(shí)驗(yàn)。闡明了在微重力環(huán)境中,干細(xì)胞在心臟生物學(xué)和組織再生以及老化過程加速中的作用,旨在為心衰患者開發(fā)更好的干細(xì)胞療法[26]。

12)響應(yīng)微重力誘發(fā)頭向側(cè)體液再分布的腦血管自主調(diào)節(jié)和靜脈流出實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示,開展長期空間飛行后的航天員大腦中央溝頻繁收縮,大腦向上移動(dòng),頭部上表面的腦脊液空間變小[27]。為確定這些變化的持續(xù)時(shí)間和臨床意義,還需要進(jìn)一步開展研究。

13)嚙齒類動(dòng)物研究-5-NELL-1 系統(tǒng)治療骨質(zhì)疏松癥實(shí)驗(yàn)。利用小鼠測試新藥NELL-1,以修復(fù)骨骼并預(yù)防骨丟失[28]。該項(xiàng)研究可造福航天員和罹患骨質(zhì)疏松癥或其他骨丟失疾病的病人,極具轉(zhuǎn)化應(yīng)用潛力。

14)用于空間飛行疲勞評估的個(gè)性化實(shí)時(shí)神經(jīng)認(rèn)知評估工具包實(shí)驗(yàn)。包括10 個(gè)簡短、程序化測試,用于評估與空間飛行相關(guān)的身體變化(如微重力引起的睡眠障礙)如何影響認(rèn)知能力,并可及時(shí)反饋當(dāng)前和過去的測試結(jié)果[29]。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了疲勞測試的靈敏性及其空間應(yīng)用的有效性。未來空間任務(wù)可以利用該軟件更有效地評估航天員的績效,某些需要評估疲勞等壓力因素是否影響了人的思考和行動(dòng)能力的地面應(yīng)用也可獲益。

15)休斯頓衛(wèi)理公會(huì)研究所、諾華公司與NanoMedical Systems 公司合作,開發(fā)出一種可植入設(shè)備,可長時(shí)段安全地管理藥物,用于治療肌肉萎縮癥,避免了頻繁注射,并可改善生活質(zhì)量[30]。在ISS 美國國家實(shí)驗(yàn)室開展的一項(xiàng)嚙齒動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明了這種可植入納米通道藥物輸運(yùn)系統(tǒng)在緩解由微重力引起的肌肉萎縮的有效性。

16)在擬南芥模型植物中發(fā)現(xiàn),草食動(dòng)物(毛蟲)啃食和機(jī)械損傷(切葉)的壓力觸發(fā)了擬南芥植株中谷氨酸的釋放,用作傷口信號。該信號提醒附近有葉片受損,并啟動(dòng)植物的防御機(jī)制。這一成果更好地解釋了植物對壓力的響應(yīng),不僅可以幫助科學(xué)家確定哪些植物最適合應(yīng)對長期空間飛行帶來的壓力,還可以幫助改善地球上的植物生長[31]。

17)LambdaVision 公司利用ISS 美國國家實(shí)驗(yàn)室的微重力條件來改善其基于蛋白質(zhì)的視網(wǎng)膜植入物的制造工藝,該技術(shù)能恢復(fù)視網(wǎng)膜變性患者的視力,從而影響地球上數(shù)百萬人[32]。LambdaVision 的視網(wǎng)膜植入物由多層光激活蛋白組成,但重力會(huì)干擾層的均勻性。通過在空間中開發(fā)相關(guān)制造工藝,LambdaVision 希望通過提高多層系統(tǒng)的整體均勻性和穩(wěn)定性來提高效率,并實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的視網(wǎng)膜植入物。

18)JAXA 希望號實(shí)驗(yàn)艙(Kibo)多重人造重力研究系統(tǒng)(Multiple Artificial-gravity Research System,MARS)。利用離心機(jī)為ISS 上的嚙齒動(dòng)物研究提供人工重力環(huán)境[33]。MARS 使重力對比更加精確,近期還首次在軌演示了小鼠在低重力條件下的生活。在NASA-JAXA 的合作中,MARS 被用于嚙齒動(dòng)物研究,以揭示視覺障礙的背后機(jī)制。

4.2.3 NASA 遴選出的ISS 重要研究突破

為紀(jì)念I(lǐng)SS 載人運(yùn)行20 周年,NASA 于2020年10月27日發(fā)布20年來ISS 取得的20 項(xiàng)科學(xué)和技術(shù)突破,其中與空間生命科學(xué)研究相關(guān)的突破包括以下9 項(xiàng):

1)基礎(chǔ)疾病研究造福地面人群。在空間中研究細(xì)胞、類器官和蛋白質(zhì)簇可以排除重力的影響,幫助研究人員更好地了解其性質(zhì)、行為和對療法的反應(yīng)。ISS 的微重力條件為阿爾茨海默癥、帕金森癥、癌癥、哮喘、心臟病等基礎(chǔ)疾病研究提供了新的視角。例如,在阿爾茨海默癥方面,針對可引起神經(jīng)退行性疾病的蛋白質(zhì)簇開展了研究;在癌癥方面,在ISS 上培養(yǎng)了可為腫瘤供血的內(nèi)皮細(xì)胞,并發(fā)現(xiàn)空間培養(yǎng)的細(xì)胞優(yōu)于地面培養(yǎng)的細(xì)胞,可用于測試新的癌癥治療方法[34]。

2)新型凈水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空間和地面應(yīng)用。在ISS 上有效地回收廢水可減少對補(bǔ)給任務(wù)的需求,也是未來深空探索活動(dòng)所必需的技術(shù)。ISS的生命保障系統(tǒng)可為在軌航天員提供干凈的空氣和水,水回收系統(tǒng)可凈化并過濾空間站上的水,航天員空間用水的93%均可被回收。該項(xiàng)技術(shù)已獲得地面應(yīng)用許可,如2006年首次在伊拉克安裝了采用該技術(shù)的水過濾系統(tǒng)。其他相關(guān)研究還測試了各類創(chuàng)新凈水系統(tǒng)[35]。

3)利用蛋白質(zhì)晶體開展藥物研發(fā)。研究發(fā)現(xiàn),在空間中生長晶體可減慢生長速度,提高晶體質(zhì)量,這種高質(zhì)量的結(jié)晶有助于識別蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),從而開發(fā)新的藥物和有效療法。在ISS 上開展的蛋白質(zhì)晶體生長實(shí)驗(yàn)為癌癥、牙齦疾病等多種疾病研究提供了新見解。亮點(diǎn)成果之一是針對一種無法治愈的遺傳性疾病——杜興氏肌營養(yǎng)不良癥相關(guān)蛋白質(zhì)的研究,基于這項(xiàng)研究開發(fā)的療法正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)。另一項(xiàng)研究旨在生長出結(jié)晶更為均勻的治療性抗體Keytruda ?,從而以注射替代靜脈滴注,改進(jìn)給藥方式[36]。

4)發(fā)現(xiàn)防治肌肉萎縮和骨丟失的方法。在微重力環(huán)境下,如果缺少適當(dāng)鍛煉將導(dǎo)致肌肉萎縮和骨丟失。ISS 為更好地理解并應(yīng)對微重力下的這些變化提供了機(jī)會(huì)。研究人員已經(jīng)開發(fā)出適用于空間生活的日常鍛煉和飲食習(xí)慣,可顯著減少航天員在ISS 駐留期間發(fā)生肌肉萎縮和骨丟失的情況,并為保障深空探測任務(wù)中航天員的體力和營養(yǎng)提供了信息。其中,成骨細(xì)胞基因組學(xué)和代謝的重力調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)研究了骨形成和骨丟失的機(jī)制,嚙齒動(dòng)物研究-19 實(shí)驗(yàn)分析了影響肌肉和骨骼分解的肌生長抑制素和激活素,研究人員還測試了用于遞送藥物對抗肌肉萎縮的微型芯片[37]。

5)了解人體在微重力下的變化。ISS 上開展的長期載人駐留研究應(yīng)對人體響應(yīng)空間環(huán)境所帶來的挑戰(zhàn),從而為載人火星探索做好準(zhǔn)備。例如,部分航天員的視力發(fā)生了變化,檢測發(fā)現(xiàn)包括視盤水腫和眼球后部變平等,被稱為空間飛行相關(guān)神經(jīng)-眼部綜合征,ISS 成為發(fā)現(xiàn)并深入研究該病癥的平臺(tái)。NASA 的雙胞胎研究系列實(shí)驗(yàn)比較了航天員Scott 在空間飛行前、中、后身體各系統(tǒng)與其作為地面對照組的雙胞胎兄弟Mark 的區(qū)別,以了解長期空間飛行對人體的各種影響。研究結(jié)果表明,Scott 的基因表達(dá)發(fā)生了變化,其身體在空間中對疫苗做出了適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)[38]。

6)在軌測試組織芯片。微重力引起的許多人體變化類似于地面上與衰老有關(guān)的疾病(如骨骼和肌肉損失)的影響。這些變化在空間中比在地面上發(fā)展得更快,這意味著科學(xué)家有望利用在軌的組織芯片來模擬可能在地面上數(shù)月或數(shù)年間發(fā)生的變化。僅有U 盤大小的組織芯片上以三維矩陣分布的人體細(xì)胞代表著一個(gè)器官的各種功能,標(biāo)志著在測試這些細(xì)胞如何響應(yīng)壓力、藥物和基因變化的能力方面邁出重要一步。美國國立衛(wèi)生研究院國家轉(zhuǎn)化科學(xué)發(fā)展中心(NCATS)和ISS美國國家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合啟動(dòng)的在軌組織芯片(Tissue Chips in Space)計(jì)劃旨在利用微重力環(huán)境和組織芯片更好地理解并造福人體健康和疾病治療,并已經(jīng)將模擬肺、腎臟、大腦和腸的芯片送至ISS。相關(guān)研究將深化對在地面和空間中導(dǎo)致器官致病原因的理解,并有助于開發(fā)療法[39]。

7)在微重力下生產(chǎn)食物。隨著人類探索的腳步邁向深空,食物生產(chǎn)能力成為應(yīng)對長期任務(wù)若干挑戰(zhàn)的一種解決方案。為了實(shí)現(xiàn)在微重力下收獲糧食作物,必須測試新的澆水、照明和培育方法,ISS 已成為支持此類測試、驗(yàn)證最佳生長條件的平臺(tái)。2015年8月,航天員對首批太空種植的蔬菜進(jìn)行了采樣。目前,利用蔬菜生產(chǎn)設(shè)施Veggie 已經(jīng)種植出8 種可食用綠葉蔬菜,并持續(xù)優(yōu)化種植技術(shù)[40]。

8)識別空間未知微生物。實(shí)時(shí)識別空間微生物而無需將其帶回地球進(jìn)行識別,對于微生物學(xué)和空間探索領(lǐng)域而言是革命性的變革?？臻g中的基因-3 團(tuán)隊(duì)于2017年首次在ISS 完成樣品收集、DNA 分離、制備和未知DNA 測序,驗(yàn)證了實(shí)時(shí)識別空間微生物的能力。未來可在火星探索任務(wù)中保護(hù)航天員健康,用于實(shí)時(shí)診斷和治療航天員疾病,識別地球以外基于DNA 的生命形態(tài)[41]。

9)推進(jìn)流體物理學(xué)研究。ISS 上的流體研究從最初的對微重力環(huán)境下流體行為的基本分析演變到測試先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備和傳熱系統(tǒng)。例如嚙齒動(dòng)物研究-6 對微納米流體設(shè)備進(jìn)行測試,通過將其植入皮下,將藥物連續(xù)輸送到患者體內(nèi),減少對頻繁注射或藥片的需求。研究微重力流體物理學(xué)可以改善地面醫(yī)療技術(shù)、傳熱系統(tǒng)以及空間生保系統(tǒng)[42]。

5 未來發(fā)展趨勢

NASA 提出未來將在空間站上開展針對性研究,重點(diǎn)了解人類如何適應(yīng)空間環(huán)境以及生物系統(tǒng)對空間飛行的響應(yīng),開發(fā)深空任務(wù)所需技術(shù);俄羅斯提出優(yōu)先發(fā)展基于有人參與和自動(dòng)空間任務(wù)方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究,同時(shí)面向月球和火星有人參與任務(wù)的醫(yī)學(xué)支持,開展一定的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)研究;日本為其生命科學(xué)研究制定的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對生物適應(yīng)空間環(huán)境過程的綜合理解以及開發(fā)科學(xué)技術(shù),拓展人類在空間的活動(dòng)。

5.1 以ISS 為平臺(tái)探索長期深空居住能力

在未來,ISS 將與空間生命科學(xué)學(xué)界密切合作,以支持未來的長期載人空間探索工作[43]。

ISS 將在開發(fā)和測試深空載人探索任務(wù)所需的先進(jìn)環(huán)境控制和生命支持系統(tǒng)能力方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。目前NASA 正牽頭對ISS 的水循環(huán)系統(tǒng)和空氣循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用于長期深空探索的可靠性、可維護(hù)性進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。在人類健康和績效方面,長期載人探索任務(wù),包括長達(dá)1100 天的火星任務(wù),對人類的安全、健康和績效提出了新的和更多的要求。未來,在ISS 上開展的空間生命科學(xué)研究將聚焦收集研究數(shù)據(jù),為提出保障人類健康和績效的技術(shù)方案和操作對策提供證據(jù)基礎(chǔ)。例如,NASA 將在ISS 上安裝和測試小型探索運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證系統(tǒng),以確定該相關(guān)設(shè)備通過阻力運(yùn)動(dòng)保護(hù)肌肉質(zhì)量、力量和耐力以及通過有氧運(yùn)動(dòng)保護(hù)有氧能力的功效。

5.2 聚焦航天員健康問題

NASA、ESA 以及其他航天機(jī)構(gòu)都提出了未來十年空間探索計(jì)劃,重點(diǎn)聚焦近地軌道、月球軌道附近的門戶(Gateway)和月表以及火星探索,上述3 個(gè)目的地在未來具有開展空間生命科學(xué)研究的巨大潛力。NASA 總結(jié)人類前往月球和火星的5大主要風(fēng)險(xiǎn),包括:①變重力環(huán)境可能導(dǎo)致迷失方向或平衡失調(diào)、液體轉(zhuǎn)移和視覺障礙以及心血管衰弱等;②隔離/封閉環(huán)境可能導(dǎo)致行為、協(xié)調(diào)、或睡眠障礙;③封閉環(huán)境可能導(dǎo)致航天員績效、心理、晝夜節(jié)律出現(xiàn)問題,需要合適的生命支持系統(tǒng)、營養(yǎng)和微生物組監(jiān)測和控制系統(tǒng)等;④較大的通信延遲需要自主醫(yī)療護(hù)理和有效的應(yīng)急程序;⑤空間輻射和突發(fā)空間天氣事件增加了長期的癌癥風(fēng)險(xiǎn),并可能對各種組織、生殖、心血管和中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響[44]。

在未來的深空探索時(shí)代,NASA、ESA 等航天機(jī)構(gòu)空間生命科學(xué)研究的主要目標(biāo)將出現(xiàn)一些調(diào)整。未來的空間生物學(xué)研究旨在更好地了解不同的重力水平,包括微重力和其他空間飛行條件如何影響包括人類在內(nèi)的活體生物系統(tǒng),從分子到細(xì)胞、組織、器官到整個(gè)生物體?？臻g平臺(tái)和任務(wù)將使生物學(xué)家能夠在空間中收集科學(xué)成果并作出對地球上的生命有巨大影響的發(fā)現(xiàn)。分子和細(xì)胞修復(fù)機(jī)制、肌肉和骨骼健康、新陳代謝、傷口愈合、細(xì)菌/病毒和癌癥的毒性、生命支持系統(tǒng)中的植物生長和發(fā)展以及相關(guān)生物醫(yī)學(xué)技術(shù),這些課題對于空間飛行、生活在月球或火星上的人類以及地球上的大眾來說同樣重要。此外,由于特定的環(huán)境條件和任務(wù)需求的改變,生物再生生命支持系統(tǒng)的相關(guān)研究將得到更多關(guān)注,這些系統(tǒng)是未來長期載人探索任務(wù)所必須的,以補(bǔ)充或最終取代此前廣泛使用的物理系統(tǒng)。在空間輻射防護(hù)方面,NASA 在2015年修訂的戰(zhàn)略性空間技術(shù)投資計(jì)劃中就已經(jīng)將空間輻射防護(hù)和緩解相關(guān)技術(shù)列為載人航天工程中的核心技術(shù)[45]。面對載人深空探索任務(wù)特別是載人登月甚至登火任務(wù)中空間輻射環(huán)境的獨(dú)特性與復(fù)雜性,NASA、ESA 等機(jī)構(gòu)均已開始了積極部署。NASA 等已將空間輻射確定為門戶計(jì)劃的高優(yōu)先級研究方向,首批2 個(gè)科學(xué)載荷分別為NASA 和ESA 提供的空間天氣和空間輻射測量。ESA 開展生物實(shí)驗(yàn)小衛(wèi)星行星際演示器實(shí)驗(yàn),研究利用抗輻射生物阻隔輻射,以幫助前往火星及以遠(yuǎn)的航天員應(yīng)對行星際空間和行星表面的嚴(yán)峻考驗(yàn)[46]。另外,與航天飛機(jī)或ISS 等相對較短的任務(wù)周期相比,長期載人探索任務(wù)帶來的長期隔離和封閉帶來的生理和心理問題需要得到更深入的解決?？臻g生命科學(xué)將從這些新的研究機(jī)會(huì)中受益。同時(shí),空間生命科學(xué)活動(dòng)迫切需要通過研究和開發(fā)來支持長期任務(wù),特別是在生物再生生命支持系統(tǒng)領(lǐng)域,以及維持航天員的健康和績效。

5.3 創(chuàng)新技術(shù)促進(jìn)空間生命科學(xué)研究

實(shí)現(xiàn)未來空間生命科學(xué)研究目標(biāo)需要?jiǎng)?chuàng)新方法及額外技術(shù)和能力。執(zhí)行長期載人探索任務(wù)要求在維持航天員健康和績效方面取得重大進(jìn)展。

1)新興數(shù)字技術(shù)。虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將越來越多地應(yīng)用于航天員醫(yī)療培訓(xùn),也可用于航天員開展復(fù)雜的生物實(shí)驗(yàn)或醫(yī)療程序。醫(yī)療決策支持系統(tǒng)中的人工智能對于在探索任務(wù)中或在月球/火星基地需要立即援助的航天員來說至關(guān)重要。開發(fā)支持航天員、緩解單調(diào)環(huán)境和互信的人機(jī)界面是多個(gè)航天機(jī)構(gòu)推薦的優(yōu)先項(xiàng)目,如NASA 技術(shù)路線圖[47]或歐洲THESEUS 戰(zhàn)略規(guī)劃均涉及該研究[48]。

2)3D 細(xì)胞培養(yǎng)/3D 生物打印/類器官芯片?？臻g生命科學(xué)研究在高度依賴航天員的同時(shí),也將航天員作為人體測試對象。使用模式動(dòng)物的替代方法非常復(fù)雜,受到倫理道德約束以及技術(shù)和實(shí)踐限制。許多研究如免疫系統(tǒng)失調(diào)、破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞功能的改變在ISS 上更容易實(shí)施,但缺點(diǎn)是研究成果對整個(gè)生物體和所涉及的器官特異性生理過程的影響的有效性和研究結(jié)果的可轉(zhuǎn)移性有限。3D 細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)提供的細(xì)胞聚集體在結(jié)構(gòu)和功能上更接近器官和組織,同時(shí)采用該技術(shù)還能帶來體外培養(yǎng)系統(tǒng)的許多優(yōu)點(diǎn)。盡管3D 生物打印技術(shù)在構(gòu)建功能齊全的組織或更大的器官上還有很長的路要走,但基于該技術(shù)的組織特異性構(gòu)建體,有望顯著提高科學(xué)界對組織生成、再生和生物物理機(jī)制以及變重力和輻射等環(huán)境因素影響的認(rèn)識。各航天機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始密集部署,以充分利用3D 生物打印技術(shù)在空間生命科學(xué)研究中的潛力。

6 結(jié)束語

國際太空探索協(xié)調(diào)小組(ISECG)第三版《全球探索路線圖》[49]重申,以開展火星探索為共同驅(qū)動(dòng)力和目標(biāo),拓展人類在太陽系的活動(dòng)范圍,月球已經(jīng)成為人類飛出地球開展空間探測的首選目標(biāo)。載人登月和駐留以及載人火星探索將面臨更多困難和挑戰(zhàn),亟待空間生命科學(xué)研究提供更多理論支撐和技術(shù)支持。ISS 未來仍將不斷產(chǎn)出空間生命科學(xué)的重要發(fā)現(xiàn)和突破,助力人類在新的歷史時(shí)期實(shí)現(xiàn)近地軌道以遠(yuǎn)的長期穩(wěn)定存在。

本文綜合利用文獻(xiàn)計(jì)量和文本挖掘等方法分析了ISS 空間生命科學(xué)研究開展情況,梳理了近期ISS 空間生命科學(xué)研究的重點(diǎn)及亮點(diǎn)成果,同時(shí)還總結(jié)了ISS 生命科學(xué)研究的未來發(fā)展趨勢,希望能為中國充分利用空間資源,開展空間站空間生命科學(xué)研究服務(wù)提供參考和借鑒。