試圖創建人類胚胎早期生長實驗室模型的生物學家向前邁出了重要一步。
在6月15日和16日公布于預印本服務器biorxiv的論文中，4個研究團隊報告稱，他們使用各種人類干細胞——其中一些是轉基因的，制造出了與14天大的真實胚胎非常相似的人造胚胎，復制了人類發育過程中難以難研究的一個時期。
上周，在美國波士頓舉行的國際干細胞研究學會（ISSCR）會議上，一個小組的負責人、發育生物學家MagdalenaZernickaGoetz簡要介紹了她的團隊的研究結果，引發了熱議。
(資料圖)
其他科學家仍在評估這4個群體的說法，但有些人已經對此印象深刻。德國馬克斯·普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所發育生物學家JesseVeenvliet在談到由以色列魏茨曼科學研究所干細胞生物學家JacobHanna領導的實驗室胚胎模擬時說：“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行研究。但由于這些新模型是由人類干細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倫理學家J.BenjaminHurlbut說，胚胎模型是“一個道德討論和道德關注的重要問題”。
科學家此前曾刺激人類干細胞形成與胚泡非常相似的結構，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鍵。但胚泡發育停滯，很難研究稍晚發生的變化。Hanna說，人類在胚胎著床后立即發育的時期“真的是一個黑匣子”。
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胞中制造模擬胚胎。例如，去年，Hanna和同事將這些細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。
為了創建類似的人類發育模型，Hanna和團隊從以前從早期人類胚胎培養的細胞系和從成年細胞轉化的干細胞入手。一個好的模擬物不僅需要包含胚胎本身的細胞，還需要包含產生所謂的胚胎外組織的細胞，這些組織有助于培育生長中的后代，如胎盤和臍帶。利用其他科學家開發的細胞培養基和他們自己制作的混合物，研究人員推動他們的干細胞分化成在真正胚胎中發現的胚胎外細胞譜系。然后，他們讓這些譜系與干細胞混合。在于Biorxiv預印本服務器上公布的論文中，該團隊報告稱，由此產生的細胞簇顯示出胚泡后階段胚胎的特征。
Zernicka-Goetz在英國劍橋大學和美國加州理工學院進行研究，她和同事們采用了不同的方法。他們之前也曾將小鼠干細胞培養成能夠重現植入后事件的細胞結構。在這項由劍橋大學博士生BaileyWeatherbee領導的新研究中，他們從兩種人類胚胎干細胞中產生了胚胎外細胞譜系，這些干細胞經過基因修飾，在暴露于抗生素多西環素時可以分化成不同的組織類型。然后，科學家將這些結果與未經修飾的人類胚胎干細胞混合，3種類型的細胞結合產生了類似胚胎的細胞簇。Weatherbee說：“這些結構并不能概括胚胎的所有方面，而是作為我們研究……發育關鍵階段的補充工具。”
該領域的一些研究人員認為，Weatherbee領導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制自然胚胎，因為它們缺少一些細胞譜系，其組織機構也沒有明確定義。然而，加州理工學院細胞生物學家DavidGlover指出，真正胚胎的兩個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“遠非完美，但它們是有用的實驗系統”。
此外，來自美國匹斯堡大學和中國昆明理工大學的研究小組上周也在預印本服務器上公布了論文，描述了著床后類胚胎模型的生成。
Hanna說，研究人員現在希望改進他們的程序，以產生更準確的胚胎替代品，這樣他們就可以更清楚地了解人類早期發育的過程。當人造胚胎與14天大的天然人類胚胎相當時，他的團隊和劍橋大學團隊停止了實驗。14天一直是體外受精人類胚胎生長的公認限制。然而，ZernickaGoetz和其他研究人員認為，對體外受精人類胚胎進行更長時間的研究是有價值的。
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
