研究表明，微重力环境会导致肌肉骨骼系统和外周免疫系统发生变化，并可能对人的前庭功能和认知能力产生影响。在本文中，纽约干细胞基金会研究团队将体外培养的神经退行性疾病患者来源脑类器官送入了国际空间站（ISS），旨在探讨微重力对中枢神经系统发育的影响。
团队首先利用原发性进行性多发性硬化症（PPMS）、帕金森病（PD）和健康人的诱导多能干细胞（iPSCs）培育出了三维人类神经类器官。随后，他们为ISS上的实验开发了一套独特的类器官培养体系，直接将这些类器官密封在一种细胞培养管中，在ISS上连续培养了一个月(期间未更换培养基)，研究者将这一方法称作静态培养法；而另两组组同样的样本则留在地球上作为对照，分别进行静态培养（密封一个月不更换培养基）和常规培养（每周2次换培养基）。ISS样本被送回地球后，与在地球上静态培养的对照样本一起分别接种到普通培养皿中继续培养以促进神经轴突的生长及延伸。
接下来的RNA表达和组织学分析等结果发现，与地球上培养的类器官相比，那些在低地球轨道（low-Earth orbit，下文简称LEO）培养后的皮层和多巴胺能类器官表现出细胞增殖相关基因表达减少，而成熟相关基因表达增加的现象。作者推测微重力可能加速了细胞的成熟过程。最后，研究者还使用Axion Maestro MEA系统对在地球上两种方法培养的类器官样本进行了电生理功能分析，结果表明这些脑类器官仍然具有良好的电活动。
这项开创性实验证明，iPSC衍生的中枢神经系统细胞组成的复杂培养物可以在LEO中长期成功维持，这为未来开展神经退行性疾病的治疗提供了潜在的研究方向，还为研究太空旅行可能带来的神经影响提供了数据支持。
研究者比较了在地球上常规培养和静态培养条件下的类器官的形态和活力，并没有发现显著的差异（附图S2A,B）。在此基础上，他们还将这些样本转入MEA板，利用Axion的微电极阵列系统（Maestro MEA）来检测其神经电活动水平（附图S2 C-F）。MEA结果显示，在细胞培养管中静态培养一个月后的脑类器官仍然具有良好的电活动，并且其发放频率随着培养时间的增加而增加（附图S2F），这说明研究者开发的静态培养方法能够维持脑类器官的活性，样本能够正常发育且具备良好的电生理功能。
附图S2 A,B分别为在常规培养、静态管培养及返航后的继续培养条件下的各组明场及荧光染色图像。C为脑类器官的MEA连续波形图，D为C图中32号电极在约11秒至14秒之间的Spike波形叠加图。E为脑类器官的MEA光栅图，F为脑类器官在种板后的第三及第四周的平均发放统计图。
将来自健康对照组的皮层类器官在细胞培养管中培养了30天后，使用宽口1毫升移液管将其转移到预先包被过PEI/Laminin MEA 48孔板（Axion Biosystems #M768-tMEA-48B）上。为了使类器官更好的贴附于电极阵列上，每个孔中仅放置一个类器官，并用少量培养基覆盖类器官和电极，然后在37°C下静置至少1小时。确认类器官贴附成功后，每孔补加培养基并保持每周两次半换液。MEA实验分别在种板后第三周和第四周更换培养基4小时后进行。
使用Maestro MEA系统（Axion Biosystems）及AxIS软件的“spontaneous neural activity”配置进行神经电活动记录。使用adaptive threshold crossing方法检测spike信号，检测阈值为每个电极通道噪声标准差的5.5倍。在MEA结果分析中，每个电极每分钟内记录的spike数量大于5个时，会被认定为活跃电极（编者按：这是Axion MEA系统的特色分析功能，使用活跃电极指标进行数据质控，可有效排除偶发噪音信号对数据分析的干扰）。使用活跃电极的平均值来计算加权平均发放率。借助显微镜明场图像以评估类器官的电极覆盖状况（编者按：我们推荐使用Axion为这一步量身定制的'Connected Lab'方案，可灵活的将样本覆盖情况与电生理数据进行整合，快捷且高效的帮助使用者判断实验的状态）。
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附图S2 A,B分别为在常规培养、静态管培养及返航后的继续培养条件下的各组明场及荧光染色图像。C为脑类器官的MEA连续波形图，D为C图中32号电极在约11秒至14秒之间的Spike波形叠加图。E为脑类器官的MEA光栅图，F为脑类器官在种板后的第三及第四周的平均发放统计图。
