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Nature 背靠背！不需卵子和精子就可以合成人类胚胎

时间：2023-07-08 来源： 浏览：

Nature 背靠背！不需卵子和精子就可以合成人类胚胎

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以下文章来源于丁香学术 ，作者夏扶疏

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一直以来，研究人类胚胎对于理解人类发育的早期阶段意义重大，但目前这类研究受限于伦理道德要求，大多是在接受体外受精的个体自愿捐赠的剩余胚胎中进行的，人类对于胚胎发育机制的了解仍有很多空白和未知。
2023 年 6 月 27 日，两项背靠背发布在顶级学术期刊 Nature 上的研究宣布， 科 学家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 。
无需精子和卵子，科学家用干细胞合成全球首个人工「人类胚胎模型」
Nature 发布的一项题为 A model of the post-implantation human embryo derived from pluripotent stem cell 的研究介绍，来自剑桥大学和加州理工学院的 Magdalena Zernicka-Goetz 教授及其研究团队 通过编辑胚胎干细胞建立了一个「人类胚胎模型」，该模型由胚胎和胚胎外组织组成，模拟了植入子宫后人类发育早期的各个方面  [1] 。
图片来源：参考文献 [1]
Zernicka-Goetz 教授及其团队发明了一种产生干细胞衍生模型的方法， 通过集合两种类型的胚胎外组织与胚胎干细胞产生胚胎样结构，模拟了植入子宫后人类发育早期的各个方面 。
该胚胎样结构包含一个上胚层样结构域，是一种可生成胚胎中所有组织的细胞层，可产生胚胎组织，如一种可在胚胎周围形成囊的膜。作者还发现了生殖细胞祖细胞，这些细胞也可继续产生生殖细胞。
图片来源：参考文献 [1]
早在 6 月 14 日，在波士顿举办的 国际干细胞研究学会年会 上，Zernicka-Goetz 教授就已公布了这项研究进展。她介绍道， 该模型包含胚胎和胚胎外组织（可继续产生围绕胚胎结构的组织），已培养到「相当于自然胚胎发育 14 天以上的阶段」， 没有心脏或大脑，但具备继续形成胎盘、卵黄囊和胚胎本身的前体细胞 。
实验室干细胞模型代表人类在胚胎植入后发育研究中取得了新进展，使研究人员有机会了解控制人类胚胎发生早期的生物学过程，有助于在罕见遗传疾病和流产研究中取得更多突破。然而，该模型不能植入，也不具备向胎儿阶段进一步发育的能力。
人类多能干细胞被触发组成三维结构，产生人类 受精 9-14 天后的 胚胎结构
另一项发布在 Nature ，题为 Self-patterning of human stem cells into post-implantation lineages 的研究介绍，来自耶鲁大学的 Berna Sozen 团队发明的实验技术平台可 使人类多能干细胞被触发自我组织成三维结构，在没有胎盘细胞类型的情况下，模拟植入子宫后发生的胚胎发育事件， 产生了 类似人类 受精 9-14 天后 胚胎的结构 [2] 。
图片来源：参考文献  [2]
该技术平台可以 使人类多能干细胞在实验室中进行有效地「自我组装」，以 3D 方式聚集，在一系列培养基中悬浮数天，在受精 9-14 天后形成类似于人类胚胎的形态 。
该平台还可捕捉在胚胎植入后早期发育的过程中早期胚胎外胚层（胚胎中所有组织产生的细胞层） 和胚外内胚层（ 产生卵黄囊的细胞层）之间的组织相互作用关系。研究中还囊括了人类原肠胚周围形成的关键特征，包括表成细胞和低成细胞谱系的初始规范以及其他的表成细胞模式。
图片来源：参考文献  [2]
人类胚胎外体在没有滋养外胚层细胞类型（参与胎盘发育的细胞）的情况下实现了这种转变，代表未来或可模拟胚胎外内胚层和胚胎谱系之间的复杂相互作用，但滋养外胚层的 缺失 意味着这些结构无法向胎儿阶段进一步发展。
作者认为，该实验平台为解决人类发育的未探索阶段提供了新见解，模拟胚胎早期发育过程的能力可能为生物医学研究提供途径，有助于克服与人类胚胎研究相关的伦理问题。
业内学者点评：胚胎样结构与受精后自然发育的人类胚胎不同，是几种细胞类型的集合
目前，合成胚胎在全球大多数国家不受法律保护，这意味着无需卵子和精子创造出的胚胎会引发严重的伦理和法律问题。对于上述两项重大突破性研究，业内学者也发表了自己的观点。
英国雷丁大学干细胞生物学和再生医学的副教授 Darius Widera 点评道：「Sozen 及其同事描述了由人类胚胎干细胞自组织产生的另一个早期人类胚胎模型。这些人类胚胎样结构可以帮助我们了解调节人类早期发育的机制，从而更好地了解先天性疾病。与过去两周发表的几份预印本中的发现类似，受精后 14 天内产生的结构与人类胚胎相似。然而，需要注意的是，这些自组织结构与受精后自然发育的人类胚胎不同。由于本研究中描述的胚胎样结构缺乏某些特征，它们不具备进一步发育的能力。」
人类全能干细胞和视网膜发育实验室小组组长、邦德大学克莱姆琼斯再生医学中心的 Ioannis Jason Limnios 博士介绍：「细胞总是通过接触和分泌信号相互交流，在人类早期发育过程中尤其如此。目前对干细胞衍生胚胎模型的研究浪潮使科学家能够在不需要人类胚胎的情况下研究人类发育早期发生的事情。Sozen 的实验室创造的不是一个真正的胚胎，而是早期胚胎中发现的几种细胞类型的集合。这些细胞相互交流，以协调一些关键性决策，如移动到哪里、变成什么样的细胞、分裂多少等等。这些模型可用于测试不同物质、病毒和毒素对正常发育的影响，分享基因在发育过程中的作用，以及基因功能不正常时会发生什么。但需要指出的是，目前，这类研究在每个国家都受到了严格的伦理和法律监管，并且其最终目的是为了改善人类健康。」
题图来源：站酷海洛
参考资料：
[1] Weatherbee, B.A.T., Gantner, C.W., Iwamoto-Stohl, L.K. et al. A model of the post-implantation human embryo derived from pluripotent stem cells. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06368-y
[2] Pedroza, M., Gassaloglu, S.I., Dias, N. et al. Self-patterning of human stem cells into post-implantation lineages. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06354-4

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