“火种一号”是我国首个由民营企业出资研发的生物航天载荷。
2021年12月17日14时30分，载有0.03微升小鼠脂肪干细胞的“华羿一号”火箭在内蒙古发射成功，卫星遥测正常，“火种一号”载荷工作正常，开启了我国商业生物航天征程。
“火种一号”是一个空间生物实验技术验证载荷，由火箭派（北京）航天科技有限公司牵头，与上海交通大学、上海交通大学医学院附属瑞金医院合作研发。它是我国首个由民营企业出资研发的生物航天载荷。这颗携带生命“火种”的载荷，在亚轨道空间飞行一段时间后，把细胞培养腔的温度、湿度、压力以及卫星姿态等数据传回地面，为开展商业生物航天进行了太空环境摸底。
“华羿一号”火箭在内蒙古发射升空。
国外太空制药中看到商机
商业航天是指采用市场化机制、以获取商业利润为首要目标的航天产业。与美国等发达国家相比，我国商业航天起步较晚，但如今，我国商业航天企业已超过200家，覆盖火箭、卫星等配套和总体制造，以及卫星测控、地面设备制造、通信卫星和遥感卫星运营服务等领域。
去年成立的火箭派公司，瞄准了生物航天这个领域。曾任中国航天科技集团科技委常委、卫星工程总师的火箭派总工程师闵长宁介绍，生物航天是在太空中开展生命科学、生物医药等研究，利用太空微重力、偶发伽马射线等宇宙射线的特殊环境，可得到在地面上难以获得的实验结果。
比如，美国生物制药巨头安进公司采用动物培养模块，在太空微重力环境下用小鼠测试了骨保护素、肌肉生长抑制素和硬化蛋白抗体三种在研药物，研制出“地舒单抗”，用于治疗骨质疏松症和骨巨细胞瘤。又如，默克公司在国际空间站开展了多次单克隆抗体晶体实验，利用微重力环境获得了均匀的结晶悬浮液，研制出“派姆单抗”这一广谱抗肿瘤药，可治疗黑色素瘤、非小细胞肺癌、肾癌等十余种肿瘤。
生物载荷卫星可在太空开展生物实验。
在这个包含太空制药的前沿科技领域，民营企业看到了商机。“我国近年来也开展了不少生物航天实验，但国家航天任务通常是半年左右发射一次，不能很好满足生物航天的实验需求。”闵长宁说，“火箭派正在打造快速反应、可返回式、航班化的三位一体体系，力争为国内外机构提供优质、高效的空间生物实验服务平台。”
有望破解干细胞治疗难题
这家民营企业在北京研发运载火箭和生物卫星，在上海研发生物载荷。生物载荷研发团队由必赢线路检测中心副研究员闫维新领衔，他带领“火种一号”设计师阴晓昱等团队成员设计的空间生物实验技术验证载荷，今天发射成功，完成了飞行高度250公里的试验发射任务。
这个载荷很小巧，体积仅为10厘米长、10厘米宽、11厘米高，由细胞培养腔、环境监控传感器、控制板卡、通信接口等部分组成。由于此次航天任务旨在做技术验证，培养腔内仅灌注了0.03微升小鼠脂肪干细胞。在太空中，这些干细胞的生存环境如何？环境监控传感器采集了细胞培养腔的温度、湿度、压力、卫星飞行姿态和加速度等数据，并将数据传至卫星的通信模块，再由后者通过无线电波传回地面。
“火种一号”空间生物实验技术验证载荷
为何把小鼠脂肪干细胞送入太空？上海交通大学医学院附属瑞金医院骨科行政副主任、上海市医学会运动医学专科分会主任委员王蕾主任医师说，目前，国内干细胞治疗仍处于科研阶段，推向临床应用过程中存在诸多难点，包括如何保持干细胞的分化干性、如何让干细胞分化具有靶向性等。太空的微重力和偶发伽马射线环境，有望助力科学家破解这些难题。“在运动医学领域，我们要研究小鼠脂肪干细胞在太空中的分化趋势及其诱导因素，看看它们会不会定向分化成与组织修复相关的细胞种类，比如软骨细胞、肌腱细胞等难以再生的体细胞。这种基础研究对组织修复技术的发展非常重要。”
将发射两种生物实验载荷
瑞金医院科研团队打算利用细胞染色等技术手段，观察小鼠脂肪干细胞在太空中的分化趋势。不过“火种一号”还无法实现这点，它的使命是为细胞太空旅行进行环境摸底。
闫维新透露，他正在带领团队研发用于细胞形态学、分子生物学研究的生物载荷。细胞形态学实验载荷的具体设计工作即将完成，计划明年上半年完成设备调试，明年6—7月发射；分子生物学实验载荷预计明年下半年完成设备调试，明年底或2023年初发射。
明年3月前后，火箭派将发布细胞形态学实验载荷的开源信息，邀国内外高校、科研机构和企业申报细胞形态学研究项目，入选的项目团队可以让“火种二号”载着他们要研究的细胞样本飞向太空。“火种二号”采用微流控芯片技术，把生命科学实验中的样品制备、反应、分离、检测等操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。在这种“高浓缩”技术的支撑下，“火种二号”有望为8项实验提供细胞培养、染色、显微扫描、代谢产物分析等平台服务，并将实验数据传回地球。
“可别小看这个载荷，因为要让细胞活着，它有一套用于温控的供电系统。”闫维新告诉记者，运载生物载荷的火箭内就装有供电系统，让干细胞在发射阶段处于超低温环境。进入预定轨道后，生物载荷的供电系统将为干细胞解冻，让培养腔的温度达到37℃。与此同时，细胞培养液的温度控制在0—4℃，卫星环境温度控制在15—35℃。
“细胞形态学实验载荷问世后，我们就可以研究小鼠干细胞在太空中的分化机制，并借助设在瑞金医院的转化医学国家重大科技基础设施，争取把研究成果转化为临床治疗技术。”王蕾的话里，透着憧憬。
科研人员将小鼠脂肪干细胞灌注到“火种一号”载荷里
“火种三号”分子生物学实验载荷也在研发中，它能提供PCR（聚合酶链式反应）核酸提取、反应和检测等平台服务，并结合细胞形态学实验载荷，将基因序列、细胞影像等数据发送给科研团队。
药监部门已关注太空制药
既然是商业航天，就要谈商业模式。闵长宁表示，火箭派正在研发液体运载火箭和返回式卫星，研发成功后就不必租用火箭和卫星，从而大幅降低发射成本。生物载荷方面，微流控芯片等先进技术能让载荷携带较多生物样本，每次发射都可以为多家机构提供实验平台服务。经估算，公司未来向实验机构收取的费用能覆盖火箭、卫星、载荷等研发成本，并获得较大的利润空间。
对于商业生物航天这种新业态，上海药品审评核查中心已提前介入，中心工作人员与上海交大、瑞金医院的科研人员进行了交流。作为市药监局下属单位，上海药品审评核查中心对太空制药给予关注。今后，国内一些新药研发实验如果在太空进行，药监部门如何实施有效监管？相关法律法规是否要做修订？中心工作人员表示，这些问题值得研究，他们将与生物航天科研人员保持沟通。
国际宇航科学院院士庄逢源认为，商业生物航天需要得到国家和地方相关部门的进一步支持。目前，国内民营企业可以发射火箭和卫星，但返回式卫星的大气层再入还存在政策障碍，而民营企业要开展太空制药服务，后期必须发射返回式生物卫星，这样才能把实验样本带回地球。为此，他建议国家出台允许生物卫星大气层再入的相关政策，并适当简化航天发射场的审批流程，为商业航天生物载荷提供政策和发射支持。他还建议国家集中多家高校和科研院所的优势力量，在北京或上海等科创中心城市建立空间生命科学实验室。空间生命科学是一个多学科交叉领域，需要机械、航天、生命科学、医学、药学等学科专家跨界合作，为产业未来发展提供科技支撑。
