类器官飞向太空：16颗“搏动微小心脏”进驻国际空间站

会搏动的类器官，拿到了太空“船票”

2026年10月15日，执行SpaceX CRS-35任务的“龙”货运飞船与国际空间站对接。随船抵达的科研载荷中，有一批特殊的“乘客”：由健康人源诱导多能干细胞（iPSC）培育、能够自主规律搏动的心血管类器官。这项实验由美国西奈山伊坎医学院（Icahn School of Medicine at Mount Sinai）心血管研究所、干细胞生物学与外科等多学科团队联合主导，也是该团队继2023年SpaceX CRS-29任务完成早期太空细胞活性验证后的关键进阶研究。除心血管类器官外，同船升空的还有西奈山团队研发的 miBrain 三维人脑类器官平台，以及西达赛奈医学中心（Cedars-Sinai）的血管化心脏球体（Stellar Spheroids）。多批人源三维组织模型集中进驻近地轨道，标志着太空生命科学研究正从早期的“单层细胞观察”，全面迈向“三维类器官与微生理系统”的功能实验阶段。研究人员希望借助它们，了解微重力与空间辐射双重暴露对心脏与血管功能的影响，为深空探索中的宇航员心脏健康保护和地球上的衰老相关心血管疾病研究提供线索。

为什么要把类器官送上太空？近地轨道上的“衰老快进键”

在空间站中的类器官，为研究者提供了一种地面实验室难以复现的、用来观察心血管变化的特殊条件。地面上的心血管实验室虽然设备齐全、操作便利，却始终受制于人类衰老与慢病研究中最棘手的“时间尺度”与“模型还原度”难题；而 400公里高空的近地轨道，恰好提供了破局的极端生物物理环境。

首先是突破时间尺度的“加速衰老效应”。在地球重力环境下，人类心血管系统的退行性改变——例如心肌收缩力减退、心肌纤维化、动脉壁僵硬度增加以及血管内皮功能障碍——往往需要数十年时间才会缓慢显现，实验室很难在常规培养周期内完整追踪其早期演变。而在国际空间站的microgravitational unloading与空间辐射环境中，失去了重力对体液分布和心肌机械负荷的牵引，心血管组织会迅速产生剧烈的生理应激。航天医学临床数据表明，宇航员在轨驻留数月所出现的心肌萎缩（cardiac deconditioning）、血管硬化、线粒体功能受损及氧化应激水平升高，与地球上老年人历经数十年累积的心血管退行性表型高度相似。把正在搏动的心血管类器官送入太空，相当于为心脏衰老研究按下了一枚“快进键”：将地面数年乃至数十年的慢性病理演变，压缩进短短数周的在轨实验窗口期内，让科研人员得以捕捉衰老发生最早期的细胞与分子触发点。

其次是实验模型的不可替代性。要在太空环境中研究人类心肌与血管的真实损伤机制，传统模型面临明显局限：一方面，宇航员人数极少，医学伦理与安全规范决定了不可能在宇航员身上开展侵入式心肌活检或高风险药物测试；另一方面，长期依赖的啮齿类动物模型（如小鼠）与人类存在巨大的物种鸿沟——小鼠静息心率高达每分钟500至600次，其心肌钙离子通道分布、电生理特性和收缩力学与人类心脏（每分钟60至100次）截然不同，许多在小鼠模型上有效的候选靶点进入人体临床后屡屡失效；而传统的二维（2D）单层贴壁细胞又缺乏三维空间拓扑结构、细胞间力学传导与微血管网络，无法模拟真实心脏搏动的机械负荷。相比之下，此次升空的人源心血管类器官由健康人类干细胞定向培育而成，既完整保留了人类基因组背景，又在三维空间中形成了具备自主收缩与舒张节律的微组织结构，成为替人类前往极端太空环境探路的理想“微型心脏替身”。

更关键的是这项研究“天上找靶点、地上做新药”的双向转化价值。向外看，随着重返月球与载人登陆火星等长周期深空探测任务提上日程，阐明微重力下心肌重塑与血管退化的分子机制，是开发宇航员心肌保护策略、保障深空航行生命安全的迫切需求；向内看，太空中加速暴露出来的钙稳态失衡、内皮屏障受损及炎性衰老通路，能够直接反哺地球临床医学——为地球上数以亿计的老年心力衰竭、增龄性血管硬化患者，乃至接受抗肿瘤治疗后出现药物性心脏毒性（cardiotoxicity）的患者，提供全新的早期干预靶点与药物筛选线索。

鞋盒大小的“太空自动化实验室”：CubeLab在轨接管日常实验

把娇贵的活体类器官送上太空只是第一步，真正的工程难点在于如何在轨维持长期培养，并连续、定量地采集功能数据。在国际空间站上，宇航员的科研作业时间按分钟计算，不可能像地面实验员那样每天守在超净台前手动换液、施加电刺激或人工调焦拍照。根据公布的任务方案，西奈山团队将最多16个搏动的心血管类器官置于两块名为μCVchip（微心血管芯片）的微流控芯片中，由 Space Tango的自动化CubeLab系统独立托管，无需宇航员日常手动干预即可按计划每天开展电起搏、压力测试、显微成像和流体采样。通过持续的功能测试与观察，追踪心脏与血管模型在微重力暴露中的收缩力学变化与血管重塑反应。

CubeLab是面向远程极端环境自动化研发和制造的紧凑型实验室，尺寸仅如鞋盒大小，却可按科学目标调整内部流体与温控模块。同时，CubeLab内置飞行计算机，承担全部自动化控制架构，结合TangoScope提供自动显微成像，能近实时地向地面科研合作方回传图像与遥测数据。可以说，正是这套把“环境控制、精密流体、自动成像与数据回传”集成在一起的无人化闭环，才让这16颗心血管类器官在距离地球400公里的轨道上得以稳定搏动，并持续输出高价值实验数据。

从太空寻获线索到地面规模验证：类器官实验亟需走出“手工作坊”

仔细审视这次太空实验的运行方式，会发现一个极其清晰的工程逻辑：类器官实验要想获得连续、稳定、可比的功能数据，前提是把“培养操作、光学成像与状态判断”从繁琐的人工干预中解放出来，装进标准化的自动闭环里。在空间站，这样做是因为“没有实验员可用”；而当研究视线从近地轨道拉回地球实验室，这一需求非但没有减弱，反而因为实验规模的成百倍放大而变得更加迫切。

毕竟，太空中的2块芯片、16颗类器官解决的是“从0到1发现靶点与机制线索”的问题；一旦这些珍贵的生物学线索回到地面，进入大规模的日常疾病建模与药物筛选验证阶段，实验人员面对的就不再是十几颗类器官，而是成百上千孔的样本阵列、数十组候选药物浓度梯度与密集的观察时间点。无论是验证机制还是评估药效，都需要比较不同条件下的样本反应，并尽量减少操作差异对判断的干扰。然而一个现实的反差在于：400公里高空的类器官已经住进了全自动闭环系统，地面上许多实验室却依然困在“手工作坊”式的接力循环里——随着实验组别和样本数量增加，种胶、换液、传代等手工操作随之增多；观察时间点越密集，需要处理的图像也越多。实验人员不仅要凭个人“手感”混胶点胶，还要端着培养板在超净台、培养箱与显微镜之间来回奔波；逐板操作、逐孔统计所占用的精力，会挤压实验设计与结果分析的时间，更会因不同人员的操作习惯差异引入批次间波动（批间差），成为制约类器官从“前沿探索”走向“规模化、标准化验证”的最大瓶颈。

如果说紧凑型CubeLab解决的是“太空极端环境下少数样本的无人托管”，那么面向地面高通量转化研究的实验室，需要的则是一套将“全流程自动化培养、真AI视觉决策与标准化药敏检测”深度打通的智能底座。针对这些重复操作与分析任务，嘉士腾自主研发的嘉睿腾^®全智能自动化类器官工作站将培养、成像AI形态学分析、药物敏感性分析整合到同一平台。系统通过智能管理软件与中央控制软件协同工作，结合深度学习图像分析获得的样本状态，按设定的实验方案协调各硬件功能模块完成相关培养与药敏步骤，减轻研究人员在设备协调、重复操作与人工统计上的负担。

嘉睿腾^®：从人工接力到智能协同的“真AI”工作站

从“人追着培养板走”，到“AI 决策 + 中央控制”安排下一站

一套完整的类器官培养流程往往跨越多台设备，传统模式下操作者需要跟进转运、核对和后续处理。在嘉睿腾^®工作站内，机械臂承担模块间的物料传递，智能管理软件（B/S架构）与中央控制软件（C/S架构，C++/QT开发）通过接口实时协同，负责规划操作时序、下达指令并监控种胶、换液、传代、拍照成像、药敏铺板、药敏加药、药敏上机、取出、放回等9种自动化任务的全流程。

以传代为例，移液工作站与离心模块按照中央控制软件的调度指令互相配合，机械臂接续转运物料，处理后的样本进入培养箱，由设备控制温度、湿度和二氧化碳浓度。原先需要人反复协调的设备交接，在同一平台内闭环完成。

培养板的转运有既定流程，但不同批次或孔位的样本的生长节奏未必一致。AI要安排下一步，先要读懂图像、客观识别样本当前的生长状态。嘉睿腾^®通过深度学习实例分割模型分析培养图像，提取类器官的形成情况、数量、形态与状态，将这些信息用于后续流程的处理判断。将形态学特征接入时序决策模型，综合类器官形态学参数与时序变化趋势，自动判定样本状态进行质控，并将决策结果回传操作管理模块用于任务调度。研究人员可以选择预定义实验方案，也可以根据需要自定义步骤与参数，由中央控制软件编排多批次流程并驱动硬件精准执行。

图像可以天天拍，变化还要靠“真AI”读得出来

在类器官研究中，真正的AI分析绝不是在软件界面上贴一个统计报表标签，而是需要算力硬件、深度学习模型与推理加速引擎的实际部署。

嘉睿腾^®的明场成像模块支持整孔全视野多层扫描，软件可自动生成高清全孔图像。获取图像后，运行在NVIDIA GPU上并采用TensorRT推理加速的AI分析模块随即介入，调用自研KMOrganSeg深度学习实例分割模型对明场图像进行像素级识别。

模型训练基于上万张真实类器官图像与数十万张模拟类器官图像。不同于简单的画框检测，KMOrganSeg实例分割先把一幅图像中的类器官按个体边界和区域精准区分开来，自动提取长轴、短轴、面积、圆度等形态学特征参数，并配合细胞数预估模型估算类器官细胞数量。而在下游药效评估环节，当样本进入药敏流程后，药敏分析模块基于ATP法酶标仪检测数据，自动完成剂量-反应曲线拟合、IC50/AUC计算、Z因子质控评估及ATP读数热图可视化，直接出具标准化药敏报告。这些全链路量化数据可用于比较不同实验组或观察时间点的样本表现，帮助研究人员从逐孔辨认转向量化分析。

从太空研究线索到地面规模化实验验证

类器官飞向太空，为心血管健康与衰老研究提供了一个跨越时间尺度的前沿观察窗口。沿着这些从近地轨道带回的生物学线索继续探索，最终仍需要回到地面实验室，围绕具体疾病与药物模型设计实验、比较结果、反复验证。面向日常高通量、高一致性的转化研究，嘉睿腾^®将多种自动化培养操作、基于 NVIDIA GPU的KMOrganSeg AI图像分析与分群时序决策、ATP药敏分析以及中央控制软件调度衔接起来，减轻重复操作与统计的负担。由此解放研究人员的重复操作时间，让科研人员不必再被困在移液枪与显微镜前，而是能像空间站的地面任务控制中心一样，专注于实验方案的设计与结果的差异解释。

参考资料：

[1] 西奈山伊坎医学院（Icahn School of Medicine at Mount Sinai）官方新闻稿：Mount Sinai Scientists to Send Human Tissue Models Into Space to Study Brain, Heart Health and Aging in Microgravity

https://www.mountsinai.org/about/newsroom/2026/mount-sinai-scientists-to-send-human-tissue-models-into-space-to-study-brain-heart-health-and-aging-in-microgravity

[2] 国际空间站国家实验室（ISS National Lab）任务公告：SpaceX CRS-35 Launch Overview: ISS National Lab-Sponsored Payloads

https://issnationallab.org/press-releases/launch-spacex-crs-35/

[3] 美国国家航空航天局（NASA）官方通告：NASA Sets Coverage for SpaceX 35th Station Resupply Launch, Arrival

https://www.nasa.gov/news-release/nasa-sets-coverage-for-spacex-35th-station-resupply-launch-arrival/

[4] Discover Magazine 报道：NASA Sends Brain and Heart Tissue Models to the ISS in Latest Resupply Mission

https://www.discovermagazine.com/nasa-sends-brain-and-heart-tissue-models-to-the-iss-in-latest-resupply-mission-49818

[5] HIT Consultant 报道：Mount Sinai Sends Human Brain, Heart Organoids to ISS on SpaceX CRS-35 to Study Accelerated Aging in Microgravity

https://hitconsultant.net/2026/10/13/mount-sinai-human-brain-heart-organoids-spacex-crs-35-accelerated-aging-microgravity/