文/ 許元男

▲ 航天員正在對(duì)培育血管試驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)

今年農(nóng)歷新年前后，新冠肺炎疫情牽動(dòng)著全國(guó)各族人民的心，也深刻影響了人們的生產(chǎn)與生活。在這段共克時(shí)艱的日子里，大家都期待著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)能夠提供高效的藥物和醫(yī)療器械來(lái)幫助患者的診治。其實(shí)，航天科技與醫(yī)療健康密不可分。那么，航天科技有哪些醫(yī)療成果？未來(lái)又有什么新的航天+醫(yī)療的科技值得期待呢？

航天與醫(yī)療融合發(fā)展

1970年，贊比亞尤肯達(dá)修女曾給美國(guó)宇航局寫信，問(wèn)道：目前地球上還有這么多小孩子吃不上飯，美國(guó)宇航局怎么舍得為遠(yuǎn)在火星的項(xiàng)目花費(fèi)數(shù)十億美元？隨后美國(guó)宇航局的科研人員給她回復(fù)道：太空探索不僅僅給人類提供一面審視自己的鏡子，它還能給我們帶來(lái)全新的技術(shù)、全新的挑戰(zhàn)和進(jìn)取精神，以及面對(duì)嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)問(wèn)題時(shí)依然樂(lè)觀自信的心態(tài)。

時(shí)至今日，我們?nèi)粘＝?jīng)常用到的尿不濕、濃縮果汁、太陽(yáng)鏡、CT檢查、水凈化器都始于航天科技的需求和發(fā)展。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)療器械與理工學(xué)科的交叉融合發(fā)展，已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)創(chuàng)新的主要方向之一。航天醫(yī)學(xué)作為特種醫(yī)學(xué)，對(duì)發(fā)展載人航天事業(yè)起到重要的保障作用，航天醫(yī)學(xué)的發(fā)展也極大推動(dòng)了整個(gè)醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展。航天醫(yī)學(xué)保障航天員健康的方法、藥物和器械，很多已用于解決普通人群的相關(guān)健康問(wèn)題。

醫(yī)學(xué)與生物研究是當(dāng)前太空實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，也是國(guó)際空間站尋找合作伙伴的首選項(xiàng)目。美國(guó)和俄羅斯在國(guó)際空間站實(shí)驗(yàn)艙的科研項(xiàng)目中，醫(yī)學(xué)與生物研究分別占到43%和32%。而生物工程也是另一重點(diǎn)領(lǐng)域，例如研究、制備在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和藥物學(xué)方面有潛在應(yīng)用價(jià)值的生物材料，如微生物、細(xì)菌、植物細(xì)胞和動(dòng)物胚胎中的蛋白質(zhì)晶體。

已有成果非常豐碩

隨著地面應(yīng)用場(chǎng)景的不同，不少太空科技已轉(zhuǎn)化成不同的藥物和醫(yī)療器械，為人類疾病的診治帶來(lái)了許多便利。

在失重環(huán)境中，航天員面臨著骨質(zhì)疏松的風(fēng)險(xiǎn)，所以航天員每天都需要進(jìn)行體能鍛煉，還需要每周攝入少量的二磷酸鹽。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，類似這樣的藥物同樣讓面臨骨質(zhì)疏松風(fēng)險(xiǎn)的中老年人受益。

半透明多晶氧化鋁，屬于高強(qiáng)度、高透明度的陶瓷材料，最初應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，后來(lái)科研人員發(fā)現(xiàn)可以將這種材料應(yīng)用于透明牙套領(lǐng)域，現(xiàn)在它已成為最成功的牙齒矯正產(chǎn)品材料。

國(guó)際空間站的機(jī)械臂是國(guó)際空間站上搬運(yùn)重物、飛船對(duì)接和日常維護(hù)工作的有力幫手，可以輔助或替代航天員開展高難度、高危險(xiǎn)的工作。受這項(xiàng)技術(shù)的啟發(fā)，人們研發(fā)出了醫(yī)療領(lǐng)域的機(jī)械手臂，用于去除腦部腫瘤等精密手術(shù)，其精準(zhǔn)和專業(yè)程度完全不亞于經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生。

▲ 肯尼亞修女給美國(guó)宇航局的信

▲ 航天員測(cè)試呼吸檢測(cè)儀

▲ 航天員在國(guó)際空間站上跑步鍛煉

▲ 加拿大機(jī)械臂

太空中的失重環(huán)境會(huì)改變?nèi)祟愌劬σ苿?dòng)和感知運(yùn)動(dòng)的方式，航天員在天上待的時(shí)間長(zhǎng)了，往往無(wú)法靈活地像地面一樣控制眼睛看向想看的地方，高科技眼動(dòng)儀很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。現(xiàn)在眼動(dòng)儀也被用在激光眼科校正手術(shù)中，以確保激光束的準(zhǔn)確定位，以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的眼部進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確跟蹤，并在不需要外科醫(yī)生的介入情況下，精確地指揮激光手術(shù)刀。

我們?cè)诤粑鼤r(shí)會(huì)釋放一些一氧化氮微粒，當(dāng)一個(gè)人呼吸道發(fā)炎時(shí)，呼氣中的一氧化氮含量會(huì)增加。為了發(fā)現(xiàn)航天員的潛在炎癥，歐空局研發(fā)了一種可以準(zhǔn)確測(cè)量一氧化氮含量的儀器。目前這項(xiàng)技術(shù)已被用于哮喘病人的診治。

太空的失重環(huán)境使航天員患腎結(jié)石的風(fēng)險(xiǎn)加大，而且一旦在太空形成腎結(jié)石，會(huì)誘發(fā)感染和并發(fā)癥，威脅航天員健康，影響太空任務(wù)完成。美國(guó)宇航局研發(fā)出一種手持式超聲波裝置，可以檢測(cè)、移動(dòng)、粉碎結(jié)石，使它們更容易排出體外。這項(xiàng)技術(shù)給地球上眾多的腎結(jié)石患者帶來(lái)了福音。

▲ 可打印出微型人造心臟的3D生物打印機(jī)

太空中的水資源極其寶貴，為此科研人員研發(fā)出高效而安全的凈水循環(huán)處理技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)也可以用來(lái)從透析液中去除有毒廢物，于是誕生了透析機(jī)，幫助了許多重病病人的治療。

過(guò)去十幾年，一組科學(xué)家跟蹤航天員，研究他們?cè)谔罩惺侨绾巫ゾo物體的。通過(guò)航天員抓取小物體的練習(xí)數(shù)據(jù)，分析失重環(huán)境里的生活如何影響他們的抓握能力。航天員們?cè)谶M(jìn)行靈巧性測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，會(huì)手握一個(gè)特制傳感器，睜開眼睛，然后閉上，以評(píng)估身體如何適應(yīng)沒有向上或向下的環(huán)境。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果幫助科研工作者為殘疾人設(shè)計(jì)了更為靈巧的假肢。

未來(lái)發(fā)展值得期待

干細(xì)胞生物學(xué)是21世紀(jì)引人矚目的研究領(lǐng)域之一，是組織工程和再生醫(yī)學(xué)研究的上游學(xué)科。干細(xì)胞的重要功能是維持和控制細(xì)胞的再生能力，它具有自我更新復(fù)制能力和多分化潛能，它可分化為多種組織細(xì)胞類型?？茖W(xué)家們已經(jīng)利用航天科技，分析在空間失重環(huán)境下的干細(xì)胞的增殖與分化情況，研究利用空間微重力獨(dú)特的條件下干細(xì)胞如何進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)增和組織工程構(gòu)建。

國(guó)外的科學(xué)家還準(zhǔn)備基于人類干細(xì)胞，使用3D生物打印技術(shù)開發(fā)太空人造微型心臟，然后這些心臟組織結(jié)構(gòu)將被發(fā)送到國(guó)際空間站，以深入了解微重力如何影響人類心臟的功能?？蒲腥藛T希望這將有助于更好地理解心臟萎縮——這是一種心臟組織的減少和弱化，導(dǎo)致向身體泵血困難。而失重環(huán)境會(huì)導(dǎo)致這樣的問(wèn)題，可以很好地模擬虛弱的心肌導(dǎo)致的暈厥、心律不齊、心臟瓣膜病，甚至心力衰竭問(wèn)題。心臟萎縮及相關(guān)疾病是目前醫(yī)學(xué)界的重要課題之一，患有糖尿病、肌肉營(yíng)養(yǎng)不良和癌癥以及敗血癥和充血性心力衰竭等疾病的人，常會(huì)出現(xiàn)心臟功能障礙和組織損傷。

▲ 歐空局在國(guó)際空間站培育血管的設(shè)備

我國(guó)的科學(xué)家同樣不遑多讓。2017年4月，我國(guó)天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室成功對(duì)接，不僅完成了送貨任務(wù)，還搭載了不少科學(xué)實(shí)驗(yàn)。其中一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)就是“微重力環(huán)境下胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)”，通過(guò)普通光合熒光顯微成像技術(shù)觀察干細(xì)胞在太空中增殖和分化過(guò)程，并通過(guò)細(xì)胞熒光信號(hào)強(qiáng)度變化以及細(xì)胞的形態(tài)變化特征，判斷小鼠胚胎干細(xì)胞在太空失重環(huán)境下多潛能基因的自我更新和細(xì)胞分化情況。

▲ 牙齒矯正材料

此外，地球上由于重力的作用，細(xì)胞一般沉降到培養(yǎng)皿的底部，而難以像人體內(nèi)細(xì)胞一樣自組織起來(lái)并形成像血管這樣的結(jié)構(gòu)。而通過(guò)國(guó)際空間站上的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在失重環(huán)境中，血管中的細(xì)胞則會(huì)以類似于人體內(nèi)細(xì)胞的方式組織起來(lái)，形成為簡(jiǎn)單的三維結(jié)構(gòu)。科學(xué)家表示，這些管狀的聚集體就像原始的血管，這是在地球上培養(yǎng)細(xì)胞之前從未實(shí)現(xiàn)的。如果能夠利用人類細(xì)胞中培養(yǎng)出人造血管，將具有治療多種疾病的巨大潛力，不僅可以將其用于外科手術(shù)，幫助需要移植的患者替換受損的血管，還可以增進(jìn)我們對(duì)一系列與血管有關(guān)疾病以及失重對(duì)人體影響的了解。

以往國(guó)際空間站承擔(dān)了大部分的空間試驗(yàn)任務(wù)，而未來(lái)我們中國(guó)自己的空間站也會(huì)發(fā)射升空，其規(guī)劃部署了密封艙內(nèi)的16臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、艙外暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及共軌飛行的實(shí)驗(yàn)艙，可以支持在軌實(shí)施天文、生命科學(xué)、生物技術(shù)、航天醫(yī)學(xué)、空間物理等方向的科學(xué)研究與應(yīng)用項(xiàng)目。2019年6月12日，中國(guó)空間站第一批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作項(xiàng)目入選結(jié)果正式公布，共有17個(gè)國(guó)家、23個(gè)實(shí)體的9個(gè)項(xiàng)目成功入選，入選項(xiàng)目?jī)?nèi)容涵蓋了上述前沿科學(xué)領(lǐng)域。