Electroporation outcomes in human Jurkat cells are affected by exposure to simulated microgravity
暴露于模拟微重力环境下，由于细胞骨架重组（特别是皮层肌动蛋白的增厚），导致人类 Jurkat 细胞的电穿孔效率降低了约 31%，而这种现象可以通过破坏 F-肌动蛋白来部分逆转。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
想象这样一个未来：宇航员在太空中种植食物或药物时，不需要携带来自地球的每一种原料。相反，他们可以携带一个遗传指令库，并利用当地环境在飞船上就地构建所需之物。这种被称为“空间生物制造”的概念，依赖于获取活细胞并对其进行编程，使其能够生产特定的蛋白质或分子。为了实现这一点，科学家经常使用一种叫做电穿孔的技术。可以将它想象成利用短暂的电脉冲，有控制地在细胞外皮上打开一个临时的开口。这个开口允许新的遗传物质滑入细胞内部，从而将细胞变成一个微型工厂。虽然这在地球上运作良好，但太空是一个完全不同的地方。轨道的近乎失重状态改变了细胞的行为方式、移动方式以及其内部结构的维持方式。如果生物学的规则在太空中发生了偏移，那么我们用来编程这些细胞的工具可能会不再像预期那样工作。
一个研究小组决定测试这一问题，他们使用了被称为 Jurkat 细胞的人类免疫细胞。他们想看看太空的奇异环境（或其模拟环境）是否会改变这些细胞接受新遗传指令的效果。科学家们将这些细胞放入一个特殊的旋转容器中，该容器旨在地面上模拟失重感。他们让细胞在模拟环境中漂浮两个小时，然后对它们施加用于电穿孔的电脉冲。结果清晰且一致：那些在模拟失重状态下漂浮的细胞变得更难被编程了。当研究人员尝试将一种微小的发光染料推入细胞时，失重细胞吸收的染料比处于正常重力下的细胞少了约百分之二十。当他们尝试插入一段 DNA 使细胞发出绿光时，成功率下降了百分之三十一。至关重要的是，这些细胞并没有死亡；它们只是不像地球上的同类那样容易让新物质进入。
为了理解为什么会发生这种情况，研究人员观察了细胞内部的支架结构。细胞不仅仅是液体的袋子；它们拥有由称为肌动蛋白（actin）的蛋白质纤维构成的框架，这赋予了它们形状和强度。在正常重力下，这些纤维以某种方式排列。但在模拟失重环境下仅两个小时后，细胞发生了变化。它们变得更加舒展，体积变大且变扁平，紧贴在外皮下的肌动蛋白纤维层也明显变厚了。这就像是细胞为了应对缺乏重力的环境，在自己周围建造了一道更密、更坚固的墙。这层增厚的墙似乎就是阻挡电脉冲有效发挥作用的屏障。
随后，团队测试了是否可以通过使用药物直接操纵肌动蛋白纤维来逆转这种效应。当他们使用一种鼓励肌动蛋白纤维堆积并增厚的物质处理细胞时，细胞的表现与失重模拟中的细胞完全一致：它们变得更难被编程。相反，当他们在模拟失重状态下使用另一种药物来分解肌动蛋白纤维时，细胞重新变得稍微容易编程了一些，尽管这种改善很小且在统计学上并不完美。这证实了细胞内部骨架的重组是电脉冲效果降低的主要原因。细胞通过强化其结构来适应环境，而这种强化恰好阻碍了科学家需要使用的过程。
这些发现表明，未来空间制造的成功将取决于对细胞如何在失重状态下进行物理适应的理解。研究人员发现，虽然细胞保持健康和存活，但它们接受新遗传指令的能力因其内部结构的改变而受到了显著阻碍。研究并未发现细胞变得对电击更具韧性（正如之前一些关于酵母的研究所暗示的那样）；相反，它们只是变得更难以让新物质进入。科学家指出，他们的地面模拟并非空间的完美复制，因为它无法消除所有的流体运动，也无法考虑到宇宙辐射，但结果足以显示出清晰的模式。这项工作强调了，当我们展望在轨道上建立工厂时，我们必须考虑到：一旦离开地球，我们所使用的这些“活体机器”就会改变它们的形状和强度，而这些变化将直接影响我们控制它们的方式。
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