科学家成功培养首个人类胚胎模型

科学家成功培养首个人类胚胎模型，这意味着什么呢?研究人员通过重新编辑干细胞合成人类胚胎模型。下面是小编为大家整理的科学家成功培养首个人类胚胎模型，欢迎大家分享收藏!

科技前沿：科学家成功培养首个人类胚胎模型意味着什么?

近日，一组来自剑桥大学和加州理工大学的研究团队宣布，在没有精子和卵子的情况下，已成功使用干细胞创造出全球首个人工合成的人类胚胎模型，类似于人类发育最早阶段的胚胎。这无疑是一项突破性的进步，可能很快会为流产和遗传疾病提供全新的见解。

尽管这项研究意义重大，但目前尚未发表在正式的科学期刊上，甚至在预印本上都还没发表。此外，合成胚胎目前在全球大多数国家和地区都不受法律的保护，并且还可能带来严重的伦理和法律问题。例如，没有参与这项研究的科学家就表达了他们对这项技术的担忧，其中有人还称这项技术“令人不寒而栗”。

研究人员通过重新编辑干细胞合成人类胚胎模型

美东时间周三(6月14日)，剑桥大学和加州理工学院的Magdalena Żernicka-Goetz教授在波士顿举行的国际干细胞研究学会年会的全体会议上展示了这项研究。Żernicka-Goetz教授在会上宣布：“我们现在可以通过重新编辑(胚胎干细胞)来创造类似于人类胚胎的模型。”

科学家们指出，这些模型胚胎与人类早期发育阶段的胚胎相似，可以为研究遗传疾病的影响和反复流产的生物学原因提供一个重要的窗口。需要指出的是，这些胚胎结构没有跳动的心脏，也没有大脑的雏形，但包含了通常会形成胎盘、卵黄巢和胚胎本身的细胞。

人类胚胎模型的特点

在发育早期，人类胚胎形成一种叫做胚泡的结构。两个研究小组现在已经从培养皿中的细胞中生成了人类囊胚样结构，为推进人类胚胎学提供了一个有价值的模型。

如果我们要改进辅助生殖技术，防止怀孕损失和出生缺陷，对早期人类发育的正确理解是至关重要的。然而，研究早期发育是一个挑战——几乎没有人类胚胎可用，而且研究受到相当大的伦理和法律限制。因此，利用体外培养的细胞构建哺乳动物胚胎模型的技术的出现带来了令人兴奋的机遇。《自然》杂志上的两篇论文在这一领域取得了重大进展，表明人类胚胎干细胞或从成人组织中重编程的细胞可以在培养皿中被诱导成自组织，形成类似早期人类胚胎的结构。这是第一个完整的人类胚胎模型，包含与胎儿及其支持组织的所有创始细胞谱系相关的细胞类型。

在哺乳动物中，受精卵在发育的最初几天经历一系列的细胞分裂，最终形成一种叫做囊胚的结构。胚泡包含一个叫做滋养外胚层的外层细胞层，它包围着一个包含一个叫做内细胞团(ICM)的细胞簇的空腔。随着胚泡的发育，ICM分裂成两个相邻的细胞群-上胚层和下胚层(在小鼠胚胎中称为原始内胚层)。胚泡随后植入子宫组织，为胚原体形成做好准备，胚原体细胞形成形成整个胎儿的三层基本细胞。滋养外胚层继续形成胎盘的大部分，而下胚层形成一种叫做卵黄囊的结构，它是早期胎儿血液供应所必需的。

第一个体外模型使用培养的细胞(称为胚泡的结构)来重现胚泡的形成，使用的是小鼠干细胞对应于在小鼠胚泡的外胚层、滋养层和原始内胚层中发现的干细胞。然而，从人类细胞中生成类似的胚细胞直到现在还没有实现。先前的人类早期发育模型使用的人类干细胞的发育类似于植入后、原肠形成前的上皮细胞。因此，尽管它们可以重现植入后人类发育的某些阶段，但它们缺乏与滋养外胚层、下胚层或两者都相关的谱系。

在当前的论文中，Yu等和Liu等，描述人类胚泡。这些技术突破的关键似乎有两个方面：首先，使用代表人类胚泡谱系的细胞;第二，优化培养方案。

Yu等人从人类胚胎干细胞(来源于人类胚泡)或诱导多能干细胞(来源于成体细胞)开始研究。重要的是，这两种类型的干细胞在发育上与胚泡内的外胚层细胞相似，也可以产生与滋养外胚层和下胚层细胞相关的谱系。相反，Liu等人对成纤维细胞进行了重编程，形成了一个混合细胞群，其中包含的细胞基因表达谱类似于上胚层、滋养外胚层和下胚层细胞的。就像在小鼠胚泡实验中一样，这两种方法都涉及到将细胞植入3D培养皿(称为Aggrewell培养皿)，然后用含有化学因子的液体培养基处理它们，以控制胚泡发育所需的信号活动(图1)。Yu和他的同事用两种不同类型的培养基按顺序处理细胞，以促进细胞分化为滋养外胚层和下胚层的代表性谱系。

两组研究人员都发现，人胚泡在培养6-8天后出现，形成效率高达20%，与小鼠胚泡方案的效率相当。人类胚泡的大小和形状与自然胚泡相似，细胞总数也相似。它们包含一个空洞和一个类似ICM(内细胞团)的集群。

胚泡的详细特征(包括全基因组表达分析和与人类胚胎数据的比较)表明，它们的细胞谱系与植入前的人类胚泡具有分子相似性。上胚层、滋养外胚层和下胚层相关谱系的空间组织与着床前的人类胚胎一致。研究小组还证明，胚泡细胞具有胚泡谱系的关键特性——从胚泡中分离出来的细胞可用于产生各种类型的干细胞。Yu等人的研究表明，如果将这些干细胞移植到小鼠胚泡中，它们在小鼠胚胎中产生的细胞能够与相应的小鼠谱系整合。

接下来，研究人员利用一种已建立的模拟在培养皿中植入子宫的实验分析了胚泡的进一步发展。与胚泡一样，当胚泡在实验中培养4到5天时，一些胚泡附着在培养皿上继续发育。在这些附着的囊胚中的一部分，代表上皮细胞的细胞系重组成包围着中央腔的结构——这让人想起在着床后囊胚的上皮细胞中形成的前羊膜腔。在一些胚泡中，与滋养外胚层相关的细胞谱系展开并分化为特殊的胎盘细胞类型。Yu等人还观察到一些囊胚中与下胚层相关的细胞系中存在第二个空腔，类似于卵黄囊空腔。

综上所述，研究小组的数据表明，人类胚泡在植入前和植入后早期胚泡发育的体外模型中很有前景。然而，还有一些明显的限制需要克服。例如，胚泡的发育是低效的，而且不同供体产生的细胞系和不同的实验批次之间存在差异。此外，这三种细胞系在单个胚泡中的发育速度似乎略有不同，而且在同一培养皿中，胚泡的发育似乎不同步。囊胚中下胚层相关谱系的空间组织有待改进。此外，这些胚泡含有不明的细胞群，这些细胞群在人类天然胚泡中没有对应的细胞群。

人工合成人类胚胎模型

近日，来自剑桥大学和加州理工学院的一个研究团队宣布：在没有精子和卵子的情况下，他们已成功通过干细胞创造出了人类胚胎模型。

该团队的研究人员在美国时间6月14日，于波士顿举办的国际干细胞研究学会年会上的全体会议上描述了这项工作，相关研究目前尚未发表在正式的科学期刊或预印本上。一旦研究被证实真实有效，这将是全球首例无需精子卵子结合，人工合成的人类胚胎模型。