ACC太空实验报告|无定形钙ACC加速骨髓间充质干细胞和肌肉细胞的分化和成熟

研究背景
长期停留太空需要克服宇航员即使在太空微重力和辐射条件下短时间内也会遭受的骨骼和骨骼肌组织的严重质量损失。
在国际空间站(ISS)进行的一项研究旨在评估无定形碳酸钙(ACC)纳米粒子在维持和加速太空中骨形成细胞（成骨细胞）和骨骼肌细胞（肌细胞）活动方面的功效。
这些实验利用放置在专门设计的微重力模块中的自主微流体芯片实验室，用于在国际空间站进行远程控制的细胞培养，能够自动控制温度、定期更新或更换培养液的培养基和远程显微成像。
受澳大利亚蓝鳌虾(Cherax)的启发，一种仿生和稳定的无定形碳酸钙(ACC) ，一种非结晶材料相，目前生产用于各种生物医学应用。
Cherax具有天然的能力，可以在蜕皮前7天内在粘附在其胃壁上的2个胃石“腺体”内有效地形成和储存ACC 。然后，它将ACC内容物调动到其外骨骼区域，以在创纪录的三天内脱落并重新长出整个外骨骼。
在地球上进行的一系列实验已经表明，在地球上进行的一系列实验中，用ACC处理MSC或成骨细胞可以促进细胞增殖和分化为骨细胞。
Amorphical的无定形碳酸钙ACC显示出独特的特性，与其离子成分（钙和碳酸氢盐）、物理结构（无定形）和尺寸（纳米颗粒）有关。它通过其非常高的钙吸收和生物利用度，以及pH调节，抗炎、抗癌和增强细胞活性，展示了前所未有的治疗性能。
ACC已证明骨形成细胞（成骨细胞）和骨骼肌细胞向肌纤维的增殖、分化和活性率增强。
研究·内容
成骨细胞负责骨基质合成及其随后通过羟基磷灰石（磷酸钙相）的沉积而矿化。成骨细胞分化可分为三个阶段：(a)细胞增殖， (b)基质成熟， (c)基质矿化。
体外基质成熟和矿化通常通过使细胞生长至完全汇合并添加特定的成骨因子来增强。成骨细胞体外培养过程中的矿化过程已被用作测试药物治疗和机械负荷对骨细胞分化和骨形成影响的模型。
代谢性酸中毒似乎会引起骨矿物质的变化，这与骨骼作为质子缓冲液的所谓作用是一致的。矿物质钠、钾、碳酸盐和磷酸盐的下降将各自缓冲质子并导致全身pH值向生理正常值增加。
矿物质成分的这些变化导致矿物质溶解，随后骨细胞功能发生改变。酸中毒显着抑制成骨细胞活性，特别是在特定基质蛋白合成和碱性磷酸酶活性方面。伴随酸刺激成骨细胞产生前列腺素，以旁分泌方式起作用，从而增加成骨细胞RANKL(ODF)合成。
然后RANKL刺激破骨细胞活动以促进骨吸收和质子负荷的缓冲。骨骼维持全身pH值的明显保护功能对哺乳动物具有明显的生存优势。
微重力条件会破坏稳态平衡，并且在持续微重力暴露期间可能导致骨量每月损失高达1% 。尽管，衰老导致的骨质流失很常见，但暴露于微重力后骨质流失的程度和速度远远大于衰老过程中常见的骨质流失。
在考虑长期太空飞行的影响时，这是人类最关心的问题。加剧的骨质流失导致骨矿物质密度(BMD)降低、骨折风险增加和过早出现骨质疏松症状。
在长期太空飞行期间，宇航员和太空旅行者面临的主要健康挑战包括骨骼肌质量和骨质流失，引起的明显肌肉和骨质流失可能导致严重残疾，这不仅发生在衰老过程中，也发生在因病卧床或坐轮椅的所有年龄段的人身上，也发生在长期太空旅行期间的宇航员身上。
运动设备和营养品显着减轻了在国际空间站(ISS)等运载工具上执行长期任务期间观察到的骨矿物质密度损失，未来对火星等目的地的探索任务将显着延长，并施加质量限制，不允许使用相同、高效的锻炼设备。