引言  

脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）是一种严重的中枢神经系统疾病，常导致患者运动、感觉功能丧失及自主神经功能障碍，目前尚无良好的医治手段。传统治疗方法（如手术减压、药物干预和物理康复）效果有限，而干细胞技术因其再生潜力成为研究热点。近年来，科学家发现微重力环境对神经干细胞（neural stem cells, NSCs）的培养具有优势，可显著提升其在脊髓损伤修复中的效果。本文结合最新研究进展，探讨微重力环境对NSCs功能的影响及其在脊髓损伤修复中的应用机制。

一、微重力环境对神经干细胞培养的影响  

微重力（microgravity）是指物体在自由下落或轨道运动中受到的微弱重力环境。在地面研究中，科学家通过旋转细胞培养系统（例如， 北京基尔比生物科技有限公司 研制的微重力三维细胞培养系统）模拟微重力效应，该系统通过旋转和无气泡气体交换，使细胞处于悬浮状态，减少重力对细胞生长的影响。  

1. 促进三维结构形成

  传统二维（2D）培养的细胞因重力作用呈单层贴壁生长，而微重力环境下，细胞更易形成三维（3D）聚集体，模拟体内组织的空间结构。研究发现，3D培养的NSCs具有更高的细胞活性和更接近生理状态的分化能力。  

2. 增强干细胞存活与分化

  中科院遗传发育所团队利用旋转细胞培养系统培养NSCs后移植至大鼠全横断脊髓损伤模型，结果显示，微重力环境下培养的NSCs存活率较传统培养提高约30%，且分化为功能性神经元的比例显著增加。这种差异可能与微重力环境减少细胞机械应力、优化代谢通路有关。  

3. 抑制炎症与瘢痕形成

  脊髓损伤后，炎症反应和胶质瘢痕是阻碍神经再生的重要因素。微重力培养的NSCs可通过分泌抗炎因子（如IL-10）和神经营养因子（如BDNF），抑制小胶质细胞过度激活，减少瘢痕相关蛋白（如CSPG）的表达，从而改善损伤微环境。

北京基尔比生物科技有限公司 研制的微重力三维细胞培养系统：

1.可以进行细胞培养的同时，连续实时定量记录模拟环境的重力变化，便于观测模拟微重力或超重力效应下细胞、组织等变化规律和实现对实验环境的调节，且可直接放进培养箱，方便细胞的培养。
2. 旋转提供微重力环境模拟（10^-3G），同时提供超重力环境的模拟（2G，2.5G或3G）

3. 可提供模拟环境下的重力监测，X 轴、Y 轴、Z 轴三维空间重力监测并显示实时重力数值,让研究人员实时采集了解模拟环境重力的精确变化。

二、微重力培养NSCs修复脊髓损伤的实验证据  

多项动物实验证实，微重力环境优化的NSCs在脊髓损伤修复中表现优异：  

1. 功能恢复评估

  通过Basso-Beattie-Bresnahan（BBB）评分、斜板试验和电生理检测，移植微重力培养NSCs的大鼠后肢运动功能恢复显著优于传统培养组。BBB评分提升30%-50%，且电生理信号显示神经传导功能部分重建。  

2.组织学改善

  荧光标记显示，移植的NSCs在损伤部位存活并迁移至周围组织，分化为神经元和少突胶质细胞。同时，损伤区空洞面积缩小，新生血管和神经纤维数量增加。  

3. 临床前研究进展

  2024年，戴建武团队进一步将微重力培养系统与胶原支架结合，构建了仿生脊髓修复材料。该材料不仅支持NSCs的定向生长，还通过缓释生长因子促进轴突再生，为临床转化提供了新策略。

北京基尔比生物科技有限公司 研制的微重力三维细胞培养系统：

三、作用机制解析  

微重力环境下NSCs修复脊髓损伤的机制涉及多层面调控：  

1. 细胞外基质（ECM）重塑

  微重力环境通过调控整合素信号通路，改变ECM成分（如胶原蛋白和层粘连蛋白）的分泌，增强细胞-基质相互作用，促进NSCs的黏附和迁移。  

2. 表观遗传修饰

  研究表明，微重力可诱导NSCs中组蛋白乙酰化水平升高，激活神经分化相关基因（如NeuroD1和MAP2），同时抑制炎症基因（如NF-κB）的表达。  

3. 外泌体介导的旁分泌效应  

  NSCs分泌的外泌体携带miRNA（如miR-21-5p）和蛋白质，可靶向损伤部位的神经元和胶质细胞，抑制凋亡并促进轴突延伸。微重力环境可增强外泌体的产量和生物活性。

北京基尔比生物科技有限公司主营产品：

3D-clinostat 三维旋转仪，

微/超重力三维细胞培养系统，

3D回转重力环境模拟系统，随机定位仪，

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