航天科技是怎樣助力我們的醫(yī)療和健康的？

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？未來又有什么新的航天+醫(yī)療的科技值得期待呢？

航天員正在對培育血管試驗進行監(jiān)測

1970年，贊比亞尤肯達修女曾給美國宇航局寫信，問道：目前地球上還有這么多小孩子吃不上飯，美國宇航局怎么舍得為遠在火星的項目花費數(shù)十億美元？隨后美國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，它還能給我們帶來全新的技術(shù)、全新的挑戰(zhàn)和進取精神，以及面對嚴(yán)峻現(xiàn)實問題時依然樂觀自信的心態(tài)。

肯尼亞修女給美國宇航局的信

時至今日，我們?nèi)粘＝?jīng)常用到的尿不濕、濃縮果汁、太陽鏡、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)展也極大推動了整個醫(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)健康問題。

醫(yī)學(xué)與生物研究是當(dāng)前太空實驗的重點，也是國際空間站尋找合作伙伴的首選項目。美國和俄羅斯在國際空間站實驗艙的科研項目中，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)用價值的生物材料，如微生物、細菌、植物細胞和動物胚胎中的蛋白質(zhì)晶體。

生活中有哪些醫(yī)療器材和儀器來自于航天科技？

隨著地面應(yīng)用場景的不同，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，所以航天員每天都需要進行體能鍛煉，還需要每周攝入少量的二磷酸鹽。后來發(fā)現(xiàn)，類似這樣的藥物同樣讓面臨骨質(zhì)疏松風(fēng)險的中老年人受益。

半透明多晶氧化鋁，屬于高強度、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。

牙齒矯正材料

國際空間站的機械臂是國際空間站上搬運重物、飛船對接和日常維護工作的有力幫手，可以輔助或替代航天員開展高難度、高危險的工作。受這項技術(shù)的啟發(fā)，人們研發(fā)出了醫(yī)療領(lǐng)域的機械手臂，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)驗豐富的外科醫(yī)生。

加拿大機械臂

太空中的失重環(huán)境會改變?nèi)祟愌劬σ苿雍透兄\動的方式，航天員在天上待的時間長了，往往無法靈活地像地面一樣控制眼睛看向想看的地方，高科技眼動儀很好地解決了這個問題。現(xiàn)在眼動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，以實現(xiàn)對患者的眼部進行實時、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。

我們在呼吸時會釋放一些一氧化氮微粒，當(dāng)一個人呼吸道發(fā)炎時，呼氣中的一氧化氮含量會增加。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)確測量一氧化氮含量的儀器。目前這項技術(shù)已被用于哮喘病人的診治。

航天員測試呼吸檢測儀

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

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)。這項技術(shù)也可以用來從透析液中去除有毒廢物，于是誕生了透析機，幫助了許多重病病人的治療。

過去十幾年，一組科學(xué)家跟蹤航天員，研究他們在太空中是如何抓緊物體的。通過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。航天員們在進行靈巧性測試實驗時，會手握一個特制傳感器，睜開眼睛，然后閉上，以評估身體如何適應(yīng)沒有向上或向下的環(huán)境。這些實驗結(jié)果幫助科研工作者為殘疾人設(shè)計了更為靈巧的假肢。

未來還有哪些值得期待的航天科技研究？

干細胞生物學(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。干細胞的重要功能是維持和控制細胞的再生能力，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)境下的干細胞的增殖與分化情況，研究利用空間微重力獨特的條件下干細胞如何進行大規(guī)模擴增和組織工程構(gòu)建。

國外的科學(xué)家還準(zhǔn)備基于人類干細胞，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)送到國際空間站，以深入了解微重力如何影響人類心臟的功能。科研人員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)境會導(dǎo)致這樣的問題，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，常會出現(xiàn)心臟功能障礙和組織損傷。

可打印出微型人造心臟的3D生物打印機

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

此外，地球上由于重力的作用，細胞一般沉降到培養(yǎng)皿的底部，而難以像人體內(nèi)細胞一樣自組織起來并形成像血管這樣的結(jié)構(gòu)。通過實驗科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在失重環(huán)境中，血管中的細胞則會以類似于人體內(nèi)細胞的方式組織起來，形成為簡單的三維結(jié)構(gòu)?？茖W(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)細胞之前從未實現(xiàn)的。如果能夠利用人類細胞中培養(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，還可以增進我們對一系列與血管有關(guān)疾病以及失重對人體影響的了解。

歐空局在國際空間站培育血管的設(shè)備

以往國際空間站承擔(dān)了大部分的空間試驗任務(wù)，而未來我們中國自己的空間站也會發(fā)射升空，其規(guī)劃部署了密封艙內(nèi)的16臺科學(xué)實驗柜、艙外暴露實驗平臺以及共軌飛行的實驗艙，可以支持在軌實施天文、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)用項目。2019年6月12日，中國空間站第一批空間科學(xué)實驗國際合作項目入選結(jié)果正式公布，共有17個國家、23個實體的9個項目成功入選，入選項目內(nèi)容涵蓋了上述前沿科學(xué)領(lǐng)域。

截至2023年8月，中國空間站航天醫(yī)學(xué)實驗領(lǐng)域任務(wù)主要圍繞長期失重對航天員健康的影響與防護技術(shù)研究、空間輻射對航天員健康的影響與防護技術(shù)研究、航天員行為與能力研究、先進的在軌監(jiān)測與醫(yī)學(xué)處置技術(shù)研究和傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)航天應(yīng)用技術(shù)研究等5個研究方向，布局開展49項航天醫(yī)學(xué)創(chuàng)新性實驗研究。

例如為航天員長期健康駐留提供技術(shù)儲備和支撐，建立了系列在軌檢測與干預(yù)技術(shù)。這些技術(shù)具有高效、無創(chuàng)、易操作、可穿戴等特點，也可用于大眾健康，如骨丟失對抗儀、穿戴式穴位刺激儀等可應(yīng)用于退行性骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮等人群；生物節(jié)律導(dǎo)引技術(shù)可用于改善和提升睡眠質(zhì)量；基于超聲的無創(chuàng)顱內(nèi)壓測量技術(shù)為高顱壓視神經(jīng)水腫等眼顱壓力相關(guān)領(lǐng)域研究提供了重要借鑒和參考。腦力疲勞檢測、干預(yù)、智能照明和警覺度快速提升技術(shù)可為長期航海、地下密閉空間等特殊環(huán)境作業(yè)人群能力檢測、維持與提升提供技術(shù)支撐。

建站為應(yīng)用，空間站運營與發(fā)展工程既聚焦太空長期生存面臨的醫(yī)學(xué)和人因等相關(guān)科學(xué)問題，也關(guān)注圍繞人類健康和人能力發(fā)揮的前沿?zé)狳c；與國家腦科學(xué)等國家重大科研計劃結(jié)合，系統(tǒng)開展基礎(chǔ)性、前瞻性、探知性研究，為載人航天持續(xù)發(fā)展提供理論支撐和技術(shù)儲備的同時，造福大眾健康。（以上三段轉(zhuǎn)載自中國載人航天工程辦公室）