- 骨質疏松癥的機制：健康成年人的骨組織重塑由破骨細胞（骨吸收）和成骨細胞（骨形成）的協同作用完成，受局部、全身信號及外部刺激調控。失衡會導致骨質疏松，表現為骨量低、強度下降、微結構破壞，骨折風險增加。 - 微重力與骨質疏松：宇航員在微重力環境中，因肌肉骨骼系統機械應力減少，會出現骨丟失（俄羅斯和平號空間站宇航員每月骨量丟失1-2%，部分脛骨遠端6個月丟失達25%），且返回地球后骨密度和強度僅部分恢復，長期太空探索可能帶來更嚴重后果。
【地面模擬利器，Kilby Gravity系統的技術突破】
太空實驗機會稀缺且昂貴，地面模擬微重力平臺成為研究的關鍵支撐。北京基爾比生物科技公司的Kilby Gravity重力模擬控制裝置提供了可及性強、精確度高的實驗平臺。
該系統核心技術在于三維隨機旋轉重力矢量分散機制。通過雙軸獨立控制旋轉系統，使培養容器內的重力矢量在空間快速隨機化，實現持續的10?3g微重力環境模擬——接近國際空間站的實際微重力水平。
北京基爾比生物科技公司的Kilby Gravity微重力培養系統的優勢在于多功能集成與實時監控能力。設備內置傳感器，可實時監控并可視化重力水平；旋轉器主體緊湊設計可放入標準CO2培養箱，維持細胞培養的溫濕度和氣體環境。
- 現有對策局限：宇航員目前采用的劇烈運動、均衡飲食、補充維生素D等方法無法消除骨丟失風險，需開發藥物治療手段。 - 研究目的：探索含鈣羥基磷灰石納米顆粒（nCa-HAP）和含鍶羥基磷灰石納米顆粒（nSr-HAP）對微重力誘導骨質疏松的防治效果，評估其在1g重力、微重力模擬器模擬微重力及國際空間站（ISS）真實微重力環境中對人骨髓間充質干細胞（hBMMSCs）骨重塑的影響。 - 前期已開發并化學表征了nCa-HAP和nSr-HAP，實驗中使用牛血清白蛋白分散納米粉體制備懸浮液，濃度測試后確定62.5μg/mL為適宜濃度（安全性和有效性最佳）。 - 細胞來源：人骨髓間充質干細胞（hBMMSCs），經表型分析符合國際細胞治療協會標準。 - 增殖培養基（PM）：低糖DMEM，含10%FBS、1%谷氨酰胺、50μg/ml青霉素-鏈霉素等。 - 成骨培養基（OM）：α-MEM，含10%FBS、50μg/ml青霉素-鏈霉素及成骨誘導劑（100nM地塞米松、5mMβ-甘油磷酸二鈉、50mg/ml抗壞血酸）。 - 培養條件：37°C、5%CO?濕潤培養箱，根據實驗需求在1g、RPM模擬微重力（88h，37°C，隨機速度和方向）及ISS真實微重力環境中進行。 3.1 1g重力實驗：檢測細胞活力、增殖、凋亡、形態，以及成骨分化相關指標（堿性磷酸酶（ALP）活性、骨標志物基因表達、礦化基質沉積等），培養時間最長28天。 3.2 模擬微重力實驗（RPM）：使用STROMA硬件實驗單元（EU），評估nCa-HAP和nSr-HAP對hBMMSCs在88h模擬微重力下的ALP活性等影響，設置地面對照組（GC）。3.3 ISS實驗：15個Thermanox載玻片接種hBMMSCs，12個用于太空實驗，3個用于前期評估。6個STROMA EU分別進行對照（#124、#125）、nCa-HAP處理（#126、#127）、nSr-HAP處理（#128、#129），于2015年4月14日由SpaceX CRS-6發射，4月18日開始實驗，培養88h后處理樣本，返回地球后分析。 4.1 細胞活力與增殖：MTT法，在1、3、7、8、28天檢測，測595nm和650nm吸光度。 4.2 凋亡檢測：PSVue480染色，熒光顯微鏡觀察。 4.3 形態學觀察：共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM），染色β-微管蛋白（綠色）和F-肌動蛋白（紅色）。4.4 ALP活性：比色終點法，測405nm吸光度，計算酶活性。 4.5 礦化檢測：茜素紅染色，4°C固定后染色， cetylpyridinium溶解后測562nm吸光度定量。 4.6 基因表達：qRT-PCR，檢測成骨相關基因（ALP、COL1A1、COL3A1等），以18S為內參。 4.7 蛋白檢測：ELISA法，檢測細胞外基質蛋白（I型和III型膠原、骨橋蛋白等）。 4.8 晶體分析：顯微鏡成像，ImageJ軟件分析羥基磷灰石晶體形態和大小。 - 細胞活力與增殖：nCa-HAP各濃度在1、3天對細胞活力無顯著影響；nSr-HAP在7天培養時，濃度達62.5μg/mL時促進細胞增殖（增加20-50%），且無凋亡跡象（與H?O?處理的陽性對照組對比）。 - 細胞形態：nCa-HAP和nSr-HAP處理后，細胞仍保持典型的成纖維細胞樣形態，生長和生理黏附未受阻礙（光鏡、TEM觀察）。 - ALP活性：在OM中，31.25和62.5μg/mL nSr-HAP處理組ALP活性顯著高于對照組（p<0.01），nCa-HAP組無顯著差異；28天時nSr-HAP組ALP免疫熒光更強。 - 礦化基質：茜素紅染色顯示，OM中nCa-HAP和nSr-HAP處理組鈣沉積顯著多于對照組（p<0.001），nSr-HAP組效果更優。 - 基因表達：OM中，nSr-HAP處理組ALP、DCN、RUNX2等成骨相關基因表達顯著上調（p<0.001）；PM中，兩種納米顆粒均使COL1A1基因表達增加（p<0.001）。 - 蛋白沉積：ELISA和免疫熒光顯示，OM中nSr-HAP處理組的I型膠原、骨鈣素等骨基質蛋白沉積顯著增加。 - RPM組成骨基因標志物表達顯著低于GC組；nSr-HAP處理可對抗微重力引起的ALP活性降低，使其恢復至GC對照組水平，nCa-HAP無此效果。 部分實驗單元（#124、#126）受污染，RNA降解，無法進行轉錄組分析。 顯微鏡觀察顯示，ISS對照組晶體小于GC對照組（p<0.05）；ISS和GC中，nSr-HAP處理組晶體尺寸均顯著大于nCa-HAP組和對照組（p<0.05），表明nSr-HAP在無重力下仍能促進細胞外基質礦化。 6.1 nSr-HAP在1g條件下能加速hBMMSCs向成骨細胞分化，增加ALP活性、骨標志物基因表達及礦化基質沉積。 在模擬微重力（RPM）中，nSr-HAP可保護微重力引起的ALP活性降低；在ISS真實微重力中，能促進羥基磷灰石晶體沉積。 6.2 nSr-HAP具有作為骨替代合成材料成分、藥物制劑添加劑或食品補充劑，向骨組織遞送Sr并促進骨再生的潛力。 6.3 需進一步研究nSr-HAP激活的分子機制，包括對破骨細胞、骨細胞的影響及成骨-破骨細胞共培養體系的作用。 計劃探究nCa-HAP、nSr-HAP及Sr2?在Wnt/β-連環蛋白通路中的可能參與（該通路與骨骼生物學和疾病相關）。后續將開展更多地面實驗，以揭示成骨細胞活性背后的分子機制，為太空和地面骨質疏松治療提供更充分的依據。 參與機構：帕維亞大學分子醫學系、米蘭大學藥理與生物分子科學系、CNR結晶學研究所、Kayser Italia公司、意大利航天局等。 ISS實驗概況：屬于FUTURA太空任務，2015年4月發射，培養88h，使用STROMA EU和KUBIK培養箱，溫度控制符合要求（37°C培養，-95°C儲存），地面對照組同步進行相同操作。
北 京 基 爾 比 生物科技公司主營產品：
Kilby 全自動3D-clinostat 細胞培養儀，
Kilby Gravity 微/超重力三維細胞培養系統，
3D回轉重力環境模擬系統，隨機定位儀，
Kilby Bio類器官芯片搖擺灌注儀，
Kirkstall Quasi Vivo 類器官串聯芯片3D培養儀
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