科学家创建早期人类胚胎的实验室复制品

 

试图创建人类胚胎早期生长实验室模型的生物学家向前迈出了重要一步。

在6月15日和16日公布于预印本服务器biorxiv的论文中，4个研究团队报告称，他们使用各种人类干细胞——其中一些是转基因的，制造出了与14天大的真实胚胎非常相似的人造胚胎，复制了人类发育过程中难以难研究的一个时期。

上周，在美国波士顿举行的国际干细胞研究学会（ISSCR）会议上，一个小组的负责人、发育生物学家Magdalena Zernicka Goetz简要介绍了她的团队的研究结果，引发了热议。

其他科学家仍在评估这4个群体的说法，但有些人已经对此印象深刻。德国马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所发育生物学家Jesse Veenvliet在谈到由以色列魏茨曼科学研究所干细胞生物学家Jacob Hanna领导的实验室胚胎模拟时说：“它与天然胚胎的相似性是惊人的，这几乎是不可思议的。”

除了阐明人类早期发育过程外，新的胚胎模型还可以帮助研究人员更好地了解出生缺陷，并探索妊娠期间使用药物的安全性。

但它们也带来了令人担忧的问题。例如，英国法律禁止对14天以上的体外受精胚胎进行研究。但由于这些新模型是由人类干细胞而不是卵子和精子形成的，因此该法律不适用于它们。像这样的创造物的伦理和道德问题也没有得到解决。美国亚利桑那州立大学伦理学家J.Benjamin Hurlbut说，胚胎模型是“一个道德讨论和道德关注的重要问题”。

科学家此前曾刺激人类干细胞形成与胚泡非常相似的结构，胚泡是受精后5天左右开始的胚胎阶段，并在子宫中着床。这些模拟胚泡有助于研究人员探测胚胎着床前后的事件，这可能是一些不孕不育症的关键。但胚泡发育停滞，很难研究稍晚发生的变化。Hanna说，人类在胚胎着床后立即发育的时期“真的是一个黑匣子”。

研究人员试图深入研究胚泡阶段之后的事件的一种方法是从小鼠干细胞中制造模拟胚胎。例如，去年，Hanna和同事将这些细胞培育成具有跳动的心脏、大脑和脊髓的雏形以及早期肌肉的胚胎模拟物。

为了创建类似的人类发育模型，Hanna和团队从以前从早期人类胚胎培养的细胞系和从成年细胞转化的干细胞入手。一个好的模拟物不仅需要包含胚胎本身的细胞，还需要包含产生所谓的胚胎外组织的细胞，这些组织有助于培育生长中的后代，如胎盘和脐带。利用其他科学家开发的细胞培养基和他们自己制作的混合物，研究人员推动他们的干细胞分化成在真正胚胎中发现的胚胎外细胞谱系。然后，他们让这些谱系与干细胞混合。在于Biorxiv预印本服务器上公布的论文中，该团队报告称，由此产生的细胞簇显示出胚泡后阶段胚胎的特征。

Zernicka-Goetz在英国剑桥大学和美国加州理工学院进行研究，她和同事们采用了不同的方法。他们之前也曾将小鼠干细胞培养成能够重现植入后事件的细胞结构。在这项由剑桥大学博士生Bailey Weatherbee领导的新研究中，他们从两种人类胚胎干细胞中产生了胚胎外细胞谱系，这些干细胞经过基因修饰，在暴露于抗生素多西环素时可以分化成不同的组织类型。然后，科学家将这些结果与未经修饰的人类胚胎干细胞混合，3种类型的细胞结合产生了类似胚胎的细胞簇。Weatherbee说：“这些结构并不能概括胚胎的所有方面，而是作为我们研究……发育关键阶段的补充工具。”

该领域的一些研究人员认为， Weatherbee领导的研究中的这一合成胚胎，不能像Hanna及其同事制造的模拟胚胎那样复制自然胚胎，因为它们缺少一些细胞谱系，其组织机构也没有明确定义。然而，加州理工学院细胞生物学家David Glover指出，真正胚胎的两个重要特征存在于该研究制造的模拟物中——精子和卵子的前身，以及羊膜的起源。他说，该研究小组的模拟胚胎“远非完美，但它们是有用的实验系统”。

此外，来自美国匹斯堡大学和中国昆明理工大学的研究小组上周也在预印本服务器上公布了论文，描述了着床后类胚胎模型的生成。

Hanna说，研究人员现在希望改进他们的程序，以产生更准确的胚胎替代品，这样他们就可以更清楚地了解人类早期发育的过程。当人造胚胎与14天大的天然人类胚胎相当时，他的团队和剑桥大学团队停止了实验。14天一直是体外受精人类胚胎生长的公认限制。然而，Zernicka Goetz和其他研究人员认为，对体外受精人类胚胎进行更长时间的研究是有价值的。

相关论文信息：https://doi.org/10.1101/2023.06.14.544922

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