太空里的“制药厂”

欧阳瑞

你知道嗎？在我们头顶上方的太空里，科学家建了一个“制药厂”。为什么他们要在太空里建制药厂呢，太空制药厂有什么优势？让我们走近看一看。

太空药的诞生

太空中遍布宇宙射线，这些高能的宇宙射线能穿透生物的细胞壁和细胞膜，将生物细胞的染色体切断。细胞染色体被切断以后，它能利用自有的成分重新排列组合，产生一些新的基因片段，这就是我们说的基因突变。发生了基因突变后细胞能产生一些新的物质和相应的性状，我们常说的太空育种就是这个原理。

既然动植物在太空中能发生基因突变，微生物接收了宇宙射线后是不是也会突变呢？答案是肯定的，在太空中制造药物就运用了这个现象。我们现在常用的大多数抗生素都是由真菌和细菌生产的，比如最早发现的青霉素是从青霉菌身上找到的，链霉素是灰色链霉菌的产物等。如果这些微生物发生了基因突变，它们制造的抗生素会发生什么变化呢？

20世纪末，美国科学家就在研究太空对微生物有什么影响，实验发现，大部分微生物都被杀死了，剩下的变异物种获得了强大的能力，它们的耐药性更强了，也能分泌更多的抗生素等代谢物质且毒性更强。1997年，美国在航天飞机上成功诱变了一种真菌，使其制造抗生素的能力大增，产量比地面品种增加了200%，第一款太空药诞生了。

太空领域的后起之秀——中国也不甘示弱，中国的科学家同样在太空做了很多微生物实验，他们发现，在太空发生变异后，弗氏链霉菌的产物泰乐菌素、地中海诺卡氏菌的产物康乐霉素C等新型抗生素的产量都有所增加，对一些已产生耐药性的细菌有良好的疗效。20 0 5年，我国第一款太空药“神舟三号口服溶液”上市，它的主要成分是6次搭乘飞船上天的诱变菌株α-溶血链球菌的代谢产物。基因突变后，α-溶血链球菌产生的代谢物甘露聚糖肽含量较同类产品提高3～5倍，它能激活人体骨髓中的造血干细胞，生成更多的免疫细胞，快速提高人体免疫力，对各种肿瘤均有良好的抑制和治疗效果。

改善药物品质

太空中除了强辐射外，与地面还有一个显著区别，那就是微重力，这对药物的制造又有什么影响呢？

20世纪末，德国知名药企默克公司开展了对蛋白质在太空中的结晶情况的研究。首次上天的是抗病毒药物干扰素，研究人员用X射线衍射技术研究了返回地球的样品后，发现该蛋白质药物凝结成尺寸完全一致的小晶体，这更有利于药物输送到人体中。研究人员认为，在太空的微重力环境下，重力和液体的对流力变小，物质在溶液中产生的沉淀减少，蛋白质等物质能够更加自由地结晶，形成更规整更完美的晶体，这样的药物结构稳定且容易被人体吸收。

近年来，科学家研制了一种新型抗癌药物叫做单克隆抗体，它是运用基因工程模仿人体的天然抗体制造的药物，能像抗体一样与特定的入侵者结合，激发人体的免疫功能，清除入侵者，比传统药物具有更大的特异性和更少的副作用，更适合抗癌。但是，这款药物的结构不够稳定，口服容易失效，需要静脉注射输入大剂量才能起到良好的效果。

2014年，默克公司将单克隆抗体药物也送到了太空中，这类药物在地球环境下不易溶，往往会形成高浓度的混浊溶液，只能通过长期多次的静脉注射的方法给药，加重了患者的负担。科学家希望它在太空中能成为微粒约为5微米、没有其余杂质的均匀悬浮液，这样就能通过肌肉注射的方法给药。实验结果完美符合他们的设想，他们回收的药物悬浮液看起来和牛奶很相似，这说明里面充满了白色的高浓度单克隆抗体结晶而几乎没有其他杂质，这种药物可以以肌注的方式注入病人体内。

受此启发，美国新兴生物公司“λ-视力”也在2018年底将他们的主力产品——人造视网膜搬到了国际空间站中，希望在太空这种微重力环境中，能更快地生产出更均匀、更稳定的视网膜结构。在地球上，λ-视力公司的三个机器人共同合作，将一层层光合细菌制造的视紫红质堆叠成膜，大约需要5天才能生产一个人造视网膜。而且由于受到重力的影响，视紫红质在堆叠时总会出现某种无序的排列状态，影响视网膜的成像效果。太空的微重力环境确实加快了人造视网膜的制造速度，但是否提高了它的质量还不得而知，不过结果很快就要揭晓了，2020年底，λ-视力公司的人造视网膜进入临床试验阶段，共同期待他们的好消息吧。

理想实验环境

太空的微重力还为科学家准备了一套天然廉价的实验环境——外部条件和实验对象。

在地球上，人们会因为疾病或受伤而出现肌肉萎缩的现象，这给人们的生活带来了很大的不便，而且到目前为止，仍没有很好的方法逆转或缓解肌肉萎缩的症状。如果科学家们能够了解，基因或蛋白质的改变是如何影响肌肉的，他们就可能开发出治疗这一疾病的好方法。而太空为他们了解肌肉萎缩提供了绝佳的环境。

研究表明，进入太空后，在微重力环境中，除了脖子之外，人体全身所有的肌肉群都会发生5%到17%的萎缩，直到第4个月人体才逐渐适应重力的变化。小鼠在太空中也同样会出现肌肉萎缩的现象，科学家们就用小鼠来进行相关实验。2019年，美国宇航局将40只小鼠送到国际空间站中，其中8只小鼠经过基因改造，使其缺乏抑制肌肉生长的抑制素（肌肉组织中分泌的一种蛋白质），因此，它们的肌肉比其余未经基因改造的小鼠更大。

在轨道运行的33天中，科学家给其中的8只正常小鼠注射了一种称为激活素A的蛋白质分子，这种蛋白质分子能减弱肌肉生长抑制素的作用。结果发现，未经过基因改造也未注射激活素A的小鼠，在旅程结束后损失了大量的肌肉，而基因改造小鼠和注射了药物的小鼠在航天飞行中基本保留了其肌肉，且回到地球后，其损失的肌肉恢复得更快。这种药物注射到人体中是否也能发挥相同的疗效呢？这还需要更多的实验来验证。

除了肌肉萎缩，在太空中还常发生骨质疏松、平衡障碍和眼球平扁等症状，在太空中进行相关实验，可得到新的知识，解决地球上遇到的类似问题。

虽然太空制药厂比起地球制药厂有这么多的优势，但在太空制药并没有想象中那么容易，狭小的实验空间、巨大的运输成本和潜在的健康风险都限制了人们建造大规模太空制药厂的可能性。在重重阻碍下，未来的太空制药厂将如何发展呢？让我们拭目以待吧。