試圖創(chuàng)建人類胚胎早期生長實(shí)驗(yàn)室模型的生物學(xué)家向前邁出了重要一步。
在6月15日和16日公布于預(yù)印本服務(wù)器biorxiv的論文中，4個(gè)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，他們使用各種人類干細(xì)胞——其中一些是轉(zhuǎn)基因的，制造出了與14天大的真實(shí)胚胎非常相似的人造胚胎，復(fù)制了人類發(fā)育過程中難以難研究的一個(gè)時(shí)期。
上周，在美國波士頓舉行的國際干細(xì)胞研究學(xué)會（ISSCR）會議上，一個(gè)小組的負(fù)責(zé)人、發(fā)育生物學(xué)家MagdalenaZernickaGoetz簡要介紹了她的團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果，引發(fā)了熱議。
(資料圖)
其他科學(xué)家仍在評估這4個(gè)群體的說法，但有些人已經(jīng)對此印象深刻。德國馬克斯·普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所發(fā)育生物學(xué)家JesseVeenvliet在談到由以色列魏茨曼科學(xué)研究所干細(xì)胞生物學(xué)家JacobHanna領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室胚胎模擬時(shí)說：“它與天然胚胎的相似性是驚人的，這幾乎是不可思議的。”
除了闡明人類早期發(fā)育過程外，新的胚胎模型還可以幫助研究人員更好地了解出生缺陷，并探索妊娠期間使用藥物的安全性。
但它們也帶來了令人擔(dān)憂的問題。例如，英國法律禁止對14天以上的體外受精胚胎進(jìn)行研究。但由于這些新模型是由人類干細(xì)胞而不是卵子和精子形成的，因此該法律不適用于它們。像這樣的創(chuàng)造物的倫理和道德問題也沒有得到解決。美國亞利桑那州立大學(xué)倫理學(xué)家J.BenjaminHurlbut說，胚胎模型是“一個(gè)道德討論和道德關(guān)注的重要問題”。
科學(xué)家此前曾刺激人類干細(xì)胞形成與胚泡非常相似的結(jié)構(gòu)，胚泡是受精后5天左右開始的胚胎階段，并在子宮中著床。這些模擬胚泡有助于研究人員探測胚胎著床前后的事件，這可能是一些不孕不育癥的關(guān)鍵。但胚泡發(fā)育停滯，很難研究稍晚發(fā)生的變化。Hanna說，人類在胚胎著床后立即發(fā)育的時(shí)期“真的是一個(gè)黑匣子”。
研究人員試圖深入研究胚泡階段之后的事件的一種方法是從小鼠干細(xì)胞中制造模擬胚胎。例如，去年，Hanna和同事將這些細(xì)胞培育成具有跳動的心臟、大腦和脊髓的雛形以及早期肌肉的胚胎模擬物。
為了創(chuàng)建類似的人類發(fā)育模型，Hanna和團(tuán)隊(duì)從以前從早期人類胚胎培養(yǎng)的細(xì)胞系和從成年細(xì)胞轉(zhuǎn)化的干細(xì)胞入手。一個(gè)好的模擬物不僅需要包含胚胎本身的細(xì)胞，還需要包含產(chǎn)生所謂的胚胎外組織的細(xì)胞，這些組織有助于培育生長中的后代，如胎盤和臍帶。利用其他科學(xué)家開發(fā)的細(xì)胞培養(yǎng)基和他們自己制作的混合物，研究人員推動他們的干細(xì)胞分化成在真正胚胎中發(fā)現(xiàn)的胚胎外細(xì)胞譜系。然后，他們讓這些譜系與干細(xì)胞混合。在于Biorxiv預(yù)印本服務(wù)器上公布的論文中，該團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，由此產(chǎn)生的細(xì)胞簇顯示出胚泡后階段胚胎的特征。
Zernicka-Goetz在英國劍橋大學(xué)和美國加州理工學(xué)院進(jìn)行研究，她和同事們采用了不同的方法。他們之前也曾將小鼠干細(xì)胞培養(yǎng)成能夠重現(xiàn)植入后事件的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。在這項(xiàng)由劍橋大學(xué)博士生BaileyWeatherbee領(lǐng)導(dǎo)的新研究中，他們從兩種人類胚胎干細(xì)胞中產(chǎn)生了胚胎外細(xì)胞譜系，這些干細(xì)胞經(jīng)過基因修飾，在暴露于抗生素多西環(huán)素時(shí)可以分化成不同的組織類型。然后，科學(xué)家將這些結(jié)果與未經(jīng)修飾的人類胚胎干細(xì)胞混合，3種類型的細(xì)胞結(jié)合產(chǎn)生了類似胚胎的細(xì)胞簇。Weatherbee說：“這些結(jié)構(gòu)并不能概括胚胎的所有方面，而是作為我們研究……發(fā)育關(guān)鍵階段的補(bǔ)充工具。”
該領(lǐng)域的一些研究人員認(rèn)為，Weatherbee領(lǐng)導(dǎo)的研究中的這一合成胚胎，不能像Hanna及其同事制造的模擬胚胎那樣復(fù)制自然胚胎，因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙僖恍┘?xì)胞譜系，其組織機(jī)構(gòu)也沒有明確定義。然而，加州理工學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)家DavidGlover指出，真正胚胎的兩個(gè)重要特征存在于該研究制造的模擬物中——精子和卵子的前身，以及羊膜的起源。他說，該研究小組的模擬胚胎“遠(yuǎn)非完美，但它們是有用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”。
此外，來自美國匹斯堡大學(xué)和中國昆明理工大學(xué)的研究小組上周也在預(yù)印本服務(wù)器上公布了論文，描述了著床后類胚胎模型的生成。
Hanna說，研究人員現(xiàn)在希望改進(jìn)他們的程序，以產(chǎn)生更準(zhǔn)確的胚胎替代品，這樣他們就可以更清楚地了解人類早期發(fā)育的過程。當(dāng)人造胚胎與14天大的天然人類胚胎相當(dāng)時(shí)，他的團(tuán)隊(duì)和劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)停止了實(shí)驗(yàn)。14天一直是體外受精人類胚胎生長的公認(rèn)限制。然而，ZernickaGoetz和其他研究人員認(rèn)為，對體外受精人類胚胎進(jìn)行更長時(shí)間的研究是有價(jià)值的。
https://doi.org/10.1101/2023.06.15.545082
https://doi.org/10.1101/2023.06.15.545118
https://doi.org/10.1101/2023.06.15.545180
