長(zhǎng)期的太空任務(wù)會(huì)產(chǎn)生多種風(fēng)險(xiǎn)因素，這些因素會(huì)顯著影響宇航員的大腦結(jié)構(gòu)和功能，其潛在長(zhǎng)期影響仍在研究中。另外，從經(jīng)驗(yàn)上已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，老年患者在臥床后癡呆癥可能會(huì)加速。如果臥床患者的骨骼松弛部分類(lèi)似于太空中的微重力效應(yīng)，那么神經(jīng)退行性疾病在太空中加速的可能性就非常大。因此，研究神經(jīng)元細(xì)胞在微重力環(huán)境中的行為，是理解微重力對(duì)大腦功能影響的關(guān)鍵一步。

近日 ，德克薩斯大學(xué)和俄勒岡州立大學(xué)的研究人員近期在npj Microgravity期刊上發(fā)表了一篇題為“Adoption of microfluidic MEA technology for electrophysiology of 3D neuronal networks exposed to suborbital conditions”的研究成果。該研究詳細(xì)介紹了用于在亞軌道飛行期間進(jìn)行3D神經(jīng)元電生理（EPHYS）感測(cè)的微流控生物器件的準(zhǔn)備和驗(yàn)證。

微流控器件設(shè)計(jì)的迭代

首先，研究人員使用微電極陣列（MEA）收集EPHYS數(shù)據(jù)測(cè)試了該器件的功能，測(cè)試對(duì)象為大鼠海馬神經(jīng)元。隨后，該系統(tǒng)被應(yīng)用于人類(lèi)谷氨酸能（Glu）神經(jīng)元，用于亞軌道飛行前的八天。活死試驗(yàn)證實(shí)了細(xì)胞活力，該系統(tǒng)被集成到CubeLab中以維持受控環(huán)境。兩個(gè)生物樣本與兩個(gè)對(duì)照樣本一起被運(yùn)上太空，以對(duì)EPHYS系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，暴露于微重力下的人類(lèi)Glu神經(jīng)元在保留神經(jīng)元分化標(biāo)志物表達(dá)的同時(shí)，其囊泡型谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（VGLUTs）的表達(dá)發(fā)生了變化。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

人類(lèi)谷氨酸能（Glu）神經(jīng)元的電生理學(xué)分析

總結(jié)來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究的價(jià)值在于解決開(kāi)發(fā)適用于太空應(yīng)用的3D神經(jīng)元電生理傳感微流控器件的迫切需求。此外，該研究提供了一種截然不同的方法，可以顯著提升或?qū)崿F(xiàn)新的載人探索任務(wù)。該平臺(tái)在理解長(zhǎng)期太空旅行對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的影響方面尤其有幫助，特別是考慮到微重力、宇宙輻射等壓力因素。

利用先進(jìn)的微流控組織芯片技術(shù)，集成3D微電極陣列進(jìn)行電生理研究，旨在開(kāi)發(fā)一種用于持續(xù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電活性神經(jīng)元的平臺(tái)，進(jìn)而深入了解它們?cè)谔诊w行極端環(huán)境中的行為。亞軌道飛行研究的結(jié)果驗(yàn)證了該微流控生物器件的功能性，并為在地球上研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了一個(gè)有前景的平臺(tái)。