Science重大成果：第一次从干细胞构建人工“胚胎”

　　 

生物通报道：剑桥大学的科学家们利用两种干细胞，以及干细胞生长的3D支架，在培养基中创建出了一种类似于小鼠胚胎的结构。这对于了解胚胎发育最早期阶段具有重要意义，也有助于解释为何三个以上的个体无法完成这个过程。

这一研究成果公布在3月3日的Science杂志上，领导这一研究的是剑桥大学发育生物学家Magdalena Zernicka-Goetz，她一直致力于研究生命之初的秘密，建立了多种培养和观察胚胎发育的方法。

哺乳动物的卵细胞一旦经由精子受精，就会开始多次分裂，产生一个小的自由浮动的干细胞球。这一特殊的干细胞未来将会决定机体的命运，胚胎中的胚胎干细胞簇（ESCs）开始发育，这个发展阶段被称为胚泡blastocyst。胚泡中其它两种类型的干细胞是胚胎外滋养层干细胞（TSCs），TSCs将会形成胎盘，而原初内胚层干细胞将会形成卵黄囊（yolk sac），确保胎儿的器官正常发育，提供必需的营养。

之前科学家们曾尝试仅利用ESC培养胚状结构，但获得的结果有限。因为早期胚胎发育需要不同类型的细胞彼此紧密地协调。最新研究则将遗传修饰后的小鼠ESCs和TSCs结合在一起，并连同细胞外基质一起培养胚胎，最终得到了能自我组装，并且发育与构架都与自然胚胎非常类似的人工“胚胎”结构。

Zernicka-Goetz教授指出，“胚胎和胚胎外胚层细胞会进行密切交流，从而构建出类胚胎结构，这一结构具有解剖学上正确时间和地点发育的区域。”

研究人员将这一人工“胚胎”与正常发育的胚胎进行比较，发现它们都具有相同的发育模式。干细胞能自我组织，一端是ESCs，另一端是TSCs，在它们连接在一起之前，每个细胞簇会打开一个空腔，最终形成一个大的前羊膜腔（pro-amniotic cavity），用以胚胎发育。

不过虽然这一人工“胚胎”与真实胚胎很相似，但是研究人员指出它不会进一步发育成健康的胎儿，因为这可能需要第三种形式的干细胞，帮助有卵黄囊的发育，而且这一系统也没有经过优化，可以进行正常的胎盘发育。

这项研究的关键一项技术就是Zernicka-Goetz教授新研发的允许胚泡在体外超过植入阶段发育的技术，因此研究人员能第一次分析受精后13天人类胚胎发育的关键阶段，她认为这将有助于克服人类胚胎研究的主要障碍之一：胚胎短缺。目前研究胚胎主要是通过IVF诊所捐赠的卵细胞发育而来。

“我们认为，采用相同的方法可以模拟人类胚胎干细胞和胚外干细胞，研究胚胎发育14天发生的发育事件。这将能帮助我们研究人类发育这一关键阶段的关键事件，了解正常发育过程将有助于解释为何这一阶段会经常出错。”

（生物通：张迪）

原文检索：

Assembly of embryonic and extra-embryonic stem cells to mimic embryogenesis in vitro
Science 02 Mar 2017:
DOI: 10.1126/science.aal1810