微重力環(huán)境對小鼠胚胎發(fā)育的影響是一個復(fù)雜的過程，涉及多個方面的機制。目前的研究，尤其是Lei等人和Wakayama等人的太空胚胎實驗Douglas M. Ruden et al.Mechanobiology in Medicine 2 (2024) 100081，為我們揭示這些機制提供了重要線索。這兩項實驗分別從不同角度觀察了微重力環(huán)境下小鼠胚胎的發(fā)育情況，有助于我們理解其影響機制。

1. DNA損傷與修復(fù)機制：在Lei等人的研究中，利用中國SJ-10可回收衛(wèi)星搭載小鼠胚胎進行實驗。通過γH2AX染色發(fā)現(xiàn)，太空微重力環(huán)境下的胚胎出現(xiàn)了顯著的DNA雙鏈斷裂增加的情況 ，同時用1 anti-XRCC1抗體染色還發(fā)現(xiàn)單鏈DNA斷裂也顯著增加。研究還指出，這些DNA損傷情況與地面低劑量輻射處理（2mGy，64h）后的結(jié)果相似 ，這表明宇宙輻射可能是導(dǎo)致胚胎DNA損傷的一個重要因素。在微重力環(huán)境中，宇宙輻射可能直接作用于胚胎的DNA分子，破壞其雙鏈結(jié)構(gòu)，影響基因的正常表達(dá)和細(xì)胞的正常功能，進而干擾胚胎的正常發(fā)育進程。

2. 表觀遺傳調(diào)控異常：同樣在Lei等人的研究里，通過全基因組亞硫酸氫鹽測序發(fā)現(xiàn)，在太空發(fā)育的囊胚基因組呈現(xiàn)出整體低甲基化狀態(tài)，并且存在一組du te 的差異甲基化區(qū)域（DMRs）。DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾方式，它對基因的表達(dá)調(diào)控起著關(guān)鍵作用。微重力環(huán)境導(dǎo)致的DNA甲基化異常，會使一些與胚胎發(fā)育相關(guān)的基因表達(dá)出現(xiàn)異常，影響細(xì)胞的分化和胚胎的正常發(fā)育。某些關(guān)鍵基因的低甲基化可能導(dǎo)致其過度表達(dá)，而某些基因的高甲基化則可能使其表達(dá)受到抑制，從而破壞了胚胎發(fā)育過程中的基因表達(dá)平衡。

北京基爾比生物科技有限公司 研制的微重力clinostat：

• 可以進行細(xì)胞培養(yǎng)的同時，連續(xù)實時定量記錄模擬環(huán)境的重力變化，便于觀測模擬微重力或超重力效應(yīng)下細(xì)胞、組織等變化規(guī)律和實現(xiàn)對實驗環(huán)境的調(diào)節(jié)，且可直接放進培養(yǎng)箱，方便細(xì)胞的培養(yǎng)。
  
  

• 旋轉(zhuǎn)提供微重力環(huán)境模擬（10-3G），同時提供超重力環(huán)境的模擬（2G，2.5G或3G）

  
  

• 可提供模擬環(huán)境下的重力監(jiān)測，X 軸、Y 軸、Z 軸三維空間重力監(jiān)測并顯示實時重力數(shù)值,讓研究人員實時采集了解模擬環(huán)境重力的精確變化。

  
  

• 攝像頭監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，具有可以快速啟動及程序預(yù)約功能

3. 細(xì)胞定位與分化異常：Wakayama等人在國際空間站（ISS）上的實驗發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象。在微重力環(huán)境下，胚胎出現(xiàn)了較高頻率的孿生現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為在12個胚胎中有3個（25%）出現(xiàn)了NANOG細(xì)胞的異位表達(dá) 。這表明微重力環(huán)境可能影響了細(xì)胞的定位和分化過程。正常情況下，在地球重力環(huán)境中，細(xì)胞的位置和分化受到多種因素的調(diào)控，而微重力環(huán)境的改變可能干擾了這些調(diào)控機制。Inner Cell Mass（ICM）細(xì)胞在微重力下可能不會像在地球重力環(huán)境中那樣下沉或聚集在特定位置，這可能影響了細(xì)胞間的相互作用和信號傳導(dǎo)，進而導(dǎo)致細(xì)胞分化出現(xiàn)異常，增加了孿生現(xiàn)象的發(fā)生頻率。

4. 對流與營養(yǎng)物質(zhì)傳輸改變：在微重力環(huán)境中，液體的對流方式與地球重力環(huán)境有很大不同。正常重力環(huán)境下，液體的對流有助于營養(yǎng)物質(zhì)的均勻分布和代謝廢物的排出。而在微重力環(huán)境下，這種對流減弱甚至消失，可能導(dǎo)致胚胎周圍的營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)不足，代謝廢物積累 。在Wakayama等人的實驗中，由于缺乏對流，胚胎發(fā)育過程中可能面臨氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)獲取困難的問題，這對胚胎的正常發(fā)育產(chǎn)生了不利影響。即使部分胚胎能夠發(fā)育至囊胚階段，但整體的發(fā)育速率和質(zhì)量可能受到了影響。

北京基爾比生物科技有限公司提供：

3D-clinostat 三維旋轉(zhuǎn)儀，

微/超重力三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，

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