科學(xué)家成功培養(yǎng)首個(gè)人類胚胎模型，這意味著什么呢?研究人員通過重新編輯干細(xì)胞合成人類胚胎模型。下面是小編為大家整理的科學(xué)家成功培養(yǎng)首個(gè)人類胚胎模型，歡迎大家分享收藏!

科技前沿：科學(xué)家成功培養(yǎng)首個(gè)人類胚胎模型意味著什么?

近日，一組來自劍橋大學(xué)和加州理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)宣布，在沒有精子和卵子的情況下，已成功使用干細(xì)胞創(chuàng)造出全球首個(gè)人工合成的人類胚胎模型，類似于人類發(fā)育最早階段的胚胎。這無疑是一項(xiàng)突破性的進(jìn)步，可能很快會為流產(chǎn)和遺傳疾病提供全新的見解。

盡管這項(xiàng)研究意義重大，但目前尚未發(fā)表在正式的科學(xué)期刊上，甚至在預(yù)印本上都還沒發(fā)表。此外，合成胚胎目前在全球大多數(shù)國家和地區(qū)都不受法律的保護(hù)，并且還可能帶來嚴(yán)重的倫理和法律問題。例如，沒有參與這項(xiàng)研究的科學(xué)家就表達(dá)了他們對這項(xiàng)技術(shù)的擔(dān)憂，其中有人還稱這項(xiàng)技術(shù)“令人不寒而栗”。

研究人員通過重新編輯干細(xì)胞合成人類胚胎模型

美東時(shí)間周三(6月14日)，劍橋大學(xué)和加州理工學(xué)院的Magdalena ?ernicka-Goetz教授在波士頓舉行的國際干細(xì)胞研究學(xué)會年會的全體會議上展示了這項(xiàng)研究。?ernicka-Goetz教授在會上宣布：“我們現(xiàn)在可以通過重新編輯(胚胎干細(xì)胞)來創(chuàng)造類似于人類胚胎的模型?！?/p>

科學(xué)家們指出，這些模型胚胎與人類早期發(fā)育階段的胚胎相似，可以為研究遺傳疾病的影響和反復(fù)流產(chǎn)的生物學(xué)原因提供一個(gè)重要的窗口。需要指出的是，這些胚胎結(jié)構(gòu)沒有跳動的心臟，也沒有大腦的雛形，但包含了通常會形成胎盤、卵黃巢和胚胎本身的細(xì)胞。

人類胚胎模型的特點(diǎn)

在發(fā)育早期，人類胚胎形成一種叫做胚泡的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)研究小組現(xiàn)在已經(jīng)從培養(yǎng)皿中的細(xì)胞中生成了人類囊胚樣結(jié)構(gòu)，為推進(jìn)人類胚胎學(xué)提供了一個(gè)有價(jià)值的模型。

如果我們要改進(jìn)輔助生殖技術(shù)，防止懷孕損失和出生缺陷，對早期人類發(fā)育的正確理解是至關(guān)重要的。然而，研究早期發(fā)育是一個(gè)挑戰(zhàn)——幾乎沒有人類胚胎可用，而且研究受到相當(dāng)大的倫理和法律限制。因此，利用體外培養(yǎng)的細(xì)胞構(gòu)建哺乳動物胚胎模型的技術(shù)的出現(xiàn)帶來了令人興奮的機(jī)遇?！蹲匀弧冯s志上的兩篇論文在這一領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，表明人類胚胎干細(xì)胞或從成人組織中重編程的細(xì)胞可以在培養(yǎng)皿中被誘導(dǎo)成自組織，形成類似早期人類胚胎的結(jié)構(gòu)。這是第一個(gè)完整的人類胚胎模型，包含與胎兒及其支持組織的所有創(chuàng)始細(xì)胞譜系相關(guān)的細(xì)胞類型。

在哺乳動物中，受精卵在發(fā)育的最初幾天經(jīng)歷一系列的細(xì)胞分裂，最終形成一種叫做囊胚的結(jié)構(gòu)。胚泡包含一個(gè)叫做滋養(yǎng)外胚層的外層細(xì)胞層，它包圍著一個(gè)包含一個(gè)叫做內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(ICM)的細(xì)胞簇的空腔。隨著胚泡的發(fā)育，ICM分裂成兩個(gè)相鄰的細(xì)胞群-上胚層和下胚層(在小鼠胚胎中稱為原始內(nèi)胚層)。胚泡隨后植入子宮組織，為胚原體形成做好準(zhǔn)備，胚原體細(xì)胞形成形成整個(gè)胎兒的三層基本細(xì)胞。滋養(yǎng)外胚層繼續(xù)形成胎盤的大部分，而下胚層形成一種叫做卵黃囊的結(jié)構(gòu)，它是早期胎兒血液供應(yīng)所必需的。

第一個(gè)體外模型使用培養(yǎng)的細(xì)胞(稱為胚泡的結(jié)構(gòu))來重現(xiàn)胚泡的形成，使用的是小鼠干細(xì)胞對應(yīng)于在小鼠胚泡的外胚層、滋養(yǎng)層和原始內(nèi)胚層中發(fā)現(xiàn)的干細(xì)胞。然而，從人類細(xì)胞中生成類似的胚細(xì)胞直到現(xiàn)在還沒有實(shí)現(xiàn)。先前的人類早期發(fā)育模型使用的人類干細(xì)胞的發(fā)育類似于植入后、原腸形成前的上皮細(xì)胞。因此，盡管它們可以重現(xiàn)植入后人類發(fā)育的某些階段，但它們?nèi)狈εc滋養(yǎng)外胚層、下胚層或兩者都相關(guān)的譜系。

在當(dāng)前的論文中，Yu等和Liu等，描述人類胚泡。這些技術(shù)突破的關(guān)鍵似乎有兩個(gè)方面：首先，使用代表人類胚泡譜系的細(xì)胞;第二，優(yōu)化培養(yǎng)方案。

Yu等人從人類胚胎干細(xì)胞(來源于人類胚泡)或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(來源于成體細(xì)胞)開始研究。重要的是，這兩種類型的干細(xì)胞在發(fā)育上與胚泡內(nèi)的外胚層細(xì)胞相似，也可以產(chǎn)生與滋養(yǎng)外胚層和下胚層細(xì)胞相關(guān)的譜系。相反，Liu等人對成纖維細(xì)胞進(jìn)行了重編程，形成了一個(gè)混合細(xì)胞群，其中包含的細(xì)胞基因表達(dá)譜類似于上胚層、滋養(yǎng)外胚層和下胚層細(xì)胞的。就像在小鼠胚泡實(shí)驗(yàn)中一樣，這兩種方法都涉及到將細(xì)胞植入3D培養(yǎng)皿(稱為Aggrewell培養(yǎng)皿)，然后用含有化學(xué)因子的液體培養(yǎng)基處理它們，以控制胚泡發(fā)育所需的信號活動(圖1)。Yu和他的同事用兩種不同類型的培養(yǎng)基按順序處理細(xì)胞，以促進(jìn)細(xì)胞分化為滋養(yǎng)外胚層和下胚層的代表性譜系。

兩組研究人員都發(fā)現(xiàn)，人胚泡在培養(yǎng)6-8天后出現(xiàn)，形成效率高達(dá)20%，與小鼠胚泡方案的效率相當(dāng)。人類胚泡的大小和形狀與自然胚泡相似，細(xì)胞總數(shù)也相似。它們包含一個(gè)空洞和一個(gè)類似ICM(內(nèi)細(xì)胞團(tuán))的集群。

胚泡的詳細(xì)特征(包括全基因組表達(dá)分析和與人類胚胎數(shù)據(jù)的比較)表明，它們的細(xì)胞譜系與植入前的人類胚泡具有分子相似性。上胚層、滋養(yǎng)外胚層和下胚層相關(guān)譜系的空間組織與著床前的人類胚胎一致。研究小組還證明，胚泡細(xì)胞具有胚泡譜系的關(guān)鍵特性——從胚泡中分離出來的細(xì)胞可用于產(chǎn)生各種類型的干細(xì)胞。Yu等人的研究表明，如果將這些干細(xì)胞移植到小鼠胚泡中，它們在小鼠胚胎中產(chǎn)生的細(xì)胞能夠與相應(yīng)的小鼠譜系整合。

接下來，研究人員利用一種已建立的模擬在培養(yǎng)皿中植入子宮的實(shí)驗(yàn)分析了胚泡的進(jìn)一步發(fā)展。與胚泡一樣，當(dāng)胚泡在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)4到5天時(shí)，一些胚泡附著在培養(yǎng)皿上繼續(xù)發(fā)育。在這些附著的囊胚中的一部分，代表上皮細(xì)胞的細(xì)胞系重組成包圍著中央腔的結(jié)構(gòu)——這讓人想起在著床后囊胚的上皮細(xì)胞中形成的前羊膜腔。在一些胚泡中，與滋養(yǎng)外胚層相關(guān)的細(xì)胞譜系展開并分化為特殊的胎盤細(xì)胞類型。Yu等人還觀察到一些囊胚中與下胚層相關(guān)的細(xì)胞系中存在第二個(gè)空腔，類似于卵黃囊空腔。

綜上所述，研究小組的數(shù)據(jù)表明，人類胚泡在植入前和植入后早期胚泡發(fā)育的體外模型中很有前景。然而，還有一些明顯的限制需要克服。例如，胚泡的發(fā)育是低效的，而且不同供體產(chǎn)生的細(xì)胞系和不同的實(shí)驗(yàn)批次之間存在差異。此外，這三種細(xì)胞系在單個(gè)胚泡中的發(fā)育速度似乎略有不同，而且在同一培養(yǎng)皿中，胚泡的發(fā)育似乎不同步。囊胚中下胚層相關(guān)譜系的空間組織有待改進(jìn)。此外，這些胚泡含有不明的細(xì)胞群，這些細(xì)胞群在人類天然胚泡中沒有對應(yīng)的細(xì)胞群。

人工合成人類胚胎模型

近日，來自劍橋大學(xué)和加州理工學(xué)院的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)宣布：在沒有精子和卵子的情況下，他們已成功通過干細(xì)胞創(chuàng)造出了人類胚胎模型。

該團(tuán)隊(duì)的研究人員在美國時(shí)間6月14日，于波士頓舉辦的國際干細(xì)胞研究學(xué)會年會上的全體會議上描述了這項(xiàng)工作，相關(guān)研究目前尚未發(fā)表在正式的科學(xué)期刊或預(yù)印本上。一旦研究被證實(shí)真實(shí)有效，這將是全球首例無需精子卵子結(jié)合，人工合成的人類胚胎模型。