一、關(guān)鍵詞（Keywords）

微重力（microgravity）、軟骨細(xì)胞（chondrocyte）、代謝組學(xué)（metabolomics）、骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis）、軟骨退化、模擬微重力、LC-MS、北京基爾比生物Kilby Gravity 微重力旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器、太空醫(yī)學(xué)、組織工程

骨關(guān)節(jié)炎（OA）是最常見的退行性關(guān)節(jié)疾病，影響全球超5億人。微重力環(huán)境（如太空）顯著減少關(guān)節(jié)機(jī)械負(fù)荷，可能導(dǎo)致軟骨退化，增加OA風(fēng)險。目前缺乏對微重力如何影響軟骨細(xì)胞代謝機(jī)制的深入了解。

• 研究目的：

利用3D封裝軟骨細(xì)胞模型，模擬軟骨微環(huán)境，研究短期微重力暴露對軟骨細(xì)胞代謝的影響。

探索微重力是否誘導(dǎo)與OA早期相關(guān)的代謝變化，為評估相關(guān)骨關(guān)節(jié)炎（OA）風(fēng)險提供依據(jù)。

?? 二、研究方法

1. 細(xì)胞模型與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

使用人軟骨肉瘤細(xì)胞系 SW1353，封裝在瓊脂糖水凝膠中（模擬軟骨周圍細(xì)胞外基質(zhì)硬度）。

模擬微重力組（SM）：使用旋轉(zhuǎn)式生物反應(yīng)器模擬微重力，持續(xù)4天。

對照組（Ctrl）：在正常重力下培養(yǎng)。

2. 檢測手段

• 細(xì)胞活性檢測：Calcein-AM/PI染色，確認(rèn)細(xì)胞存活率 >90%。

• 代謝組學(xué)分析：

• 使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)分析。分析對象包括細(xì)胞本體和培養(yǎng)基。數(shù)據(jù)處理使用MetaboAnalyst，進(jìn)行PCA、PLS-DA、OPLS-DA等多變量統(tǒng)計(jì)分析。

制造商北京基爾比微重力培養(yǎng)系統(tǒng)

?? 三、主要發(fā)現(xiàn)

1. 代謝特征顯著變化

• 共檢測到 1205個代謝特征，其中 497個顯著差異（FDR < 0.05）。

• 模擬微重力誘導(dǎo)了氨基酸代謝、核苷酸代謝、能量代謝、谷胱甘肽代謝等多個通路的顯著變化。

2. 關(guān)鍵代謝通路擾動（OPLS-DA VIP > 1）

3. 與OA早期代謝特征一致

SM組中觀察到的代謝變化與早期OA患者滑液中的代謝特征高度相似。包括：氨基酸代謝紊亂、能量代謝下降、抗氧化能力減弱（谷胱甘肽減少）等。

?? 四、研究結(jié)論與意義

短期微重力暴露即可誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞代謝重編程，表現(xiàn)為：

• 合成代謝（如ECM合成）減弱；

• 能量需求下降；

• 抗氧化防御能力下降；

• 代謝特征與早期OA高度一致。

• 提供了3D封裝軟骨細(xì)胞在微重力下的代謝組學(xué)圖譜；

• 為理解太空環(huán)境中軟骨退化機(jī)制提供新線索；

• 有助于開發(fā)早期診斷OA的生物標(biāo)志物；

• 對未來長期太空任務(wù)中宇航員骨骼肌肉系統(tǒng)健康監(jiān)測具有指導(dǎo)意義。

由于太空實(shí)驗(yàn)成本高昂且機(jī)會資源稀缺，地面微重力模擬系統(tǒng)成為重要的替代方案。通過北京基爾比生物科技公司研制生產(chǎn)的Kilby Gravity 微重力培養(yǎng)系統(tǒng)，科學(xué)家能夠在地球?qū)嶒?yàn)室中復(fù)現(xiàn)微重力效應(yīng)。模擬生物在太空中的生長狀態(tài)，為研究生物適應(yīng)機(jī)制提供了可控的實(shí)驗(yàn)條件。

附：

北 京 基 爾 比 生物科技公司主營產(chǎn)品：

Kilby 多通道旋轉(zhuǎn)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)（RCCS），

Kilby Gravity 微超重力三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，

動植物/微生物等地面重力環(huán)境模擬裝置【可以定制】，

Kilby Bio類器官擺動式精密灌注搖床，

Kirkstall Quasi Vivo 類器官3D串聯(lián)芯片灌注培養(yǎng)系統(tǒng)