Science重大成果：第一次從干細胞構建人工“胚胎”
日期：2017-03-06 10:06:41
劍橋大學的科學家們利用兩種干細胞，以及干細胞生長的3D支架，在培養基中創建出了一種類似于小鼠胚胎的結構。這對于了解胚胎發育最早期階段具有重要意義，也有助于解釋為何三個以上的個體無法完成這個過程。
這一研究成果公布在3月3日的Science雜志上，領導這一研究的是劍橋大學發育生物學家Magdalena Zernicka-Goetz，她一直致力于研究生命之初的秘密，建立了多種培養和觀察胚胎發育的方法。
哺乳動物的卵細胞一旦經由精子受精，就會開始多次分裂，產生一個小的自由浮動的干細胞球。這一特殊的干細胞未來將會決定機體的命運，胚胎中的胚胎干細胞簇（ESCs）開始發育，這個發展階段被稱為胚泡blastocyst。胚泡中其它兩種類型的干細胞是胚胎外滋養層干細胞（TSCs），TSCs將會形成胎盤，而原初內胚層干細胞將會形成卵黃囊（yolk sac），確保胎兒的器官正常發育，提供必需的營養。
之前科學家們曾嘗試僅利用ESC培養胚狀結構，但獲得的結果有限。因為早期胚胎發育需要不同類型的細胞彼此緊密地協調。最新研究則將遺傳修飾后的小鼠ESCs和TSCs結合在一起，并連同細胞外基質一起培養胚胎，最終得到了能自我組裝，并且發育與構架都與自然胚胎非常類似的人工“胚胎”結構。
Zernicka-Goetz教授指出，“胚胎和胚胎外胚層細胞會進行密切交流，從而構建出類胚胎結構，這一結構具有解剖學上正確時間和地點發育的區域。”
研究人員將這一人工“胚胎”與正常發育的胚胎進行比較，發現它們都具有相同的發育模式。干細胞能自我組織，一端是ESCs，另一端是TSCs，在它們連接在一起之前，每個細胞簇會打開一個空腔，最終形成一個大的前羊膜腔（pro-amniotic cavity），用以胚胎發育。
不過雖然這一人工“胚胎”與真實胚胎很相似，但是研究人員指出它不會進一步發育成健康的胎兒，因為這可能需要第三種形式的干細胞，幫助有卵黃囊的發育，而且這一系統也沒有經過優化，可以進行正常的胎盤發育。
這項研究的關鍵一項技術就是Zernicka-Goetz教授新研發的允許胚泡在體外超過植入階段發育的技術，因此研究人員能第一次分析受精后13天人類胚胎發育的關鍵階段，她認為這將有助于克服人類胚胎研究的主要障礙之一：胚胎短缺。目前研究胚胎主要是通過IVF診所捐贈的卵細胞發育而來。
“我們認為，采用相同的方法可以模擬人類胚胎干細胞和胚外干細胞，研究胚胎發育14天發生的發育事件。這將能幫助我們研究人類發育這一關鍵階段的關鍵事件，了解正常發育過程將有助于解釋為何這一階段會經常出錯。”
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