利用干細胞人工合成小鼠胚胎模型，本身已經(jīng)算不上新聞了。2017 年，正是 Zernicka-Goetz 教授領(lǐng)導的團隊用小鼠干細胞培養(yǎng)出了人造胚胎模型。而此次研究不僅不需要精子與卵細胞，甚至直接在“人工子宮”中生長的小鼠胚胎。其特殊之處在于：人工合成胚胎首次擁有了完整的大腦結(jié)構(gòu)。

相關(guān)研究結(jié)果于 2022 年 8 月 25 日在線發(fā)表在 Nature 期刊上，論文標題為“Synthetic embryos complete gastrulation to neurulation and organogenesis”。這項研究是在加州理工學院生物和生物工程系教授 Magdalena Zernicka-Goetz 的實驗室進行的。Zernicka-Goetz 也是劍橋大學生理學、發(fā)育和神經(jīng)科學系的哺乳動物發(fā)育和干細胞生物學教授。

研究團隊指出，該進展不僅為創(chuàng)造生命的第一步開辟了全新道路，還有望幫助理解胚胎發(fā)育中的遺傳機制、人工合成用于移植的人體器官。

▲劍橋大學的 Magdalena Zernicka-Goetz 教授

在以前的“人工胚胎”制造實驗中，胚胎干細胞（ESCs）常被用作“經(jīng)典原材料”，但存在一個問題，即它們不能概括神經(jīng)發(fā)育的整個發(fā)育過程。

為了解決這個問題，這次的研究中，研究者們在 ESCs 的基礎上又加入了另外 2 種干細胞：胎盤發(fā)育中十分重要的滋養(yǎng)層干細胞（TSCs）和誘導表達了發(fā)育重要轉(zhuǎn)錄因子 Gata4 的胚外內(nèi)胚層干細胞（iXEN，“專注”腸道分化）。

將這三種細胞一起培養(yǎng) 4 天，原腸胚形式的“人造胚胎”ETiX-胚狀體就初具雛形，繼續(xù)培養(yǎng)到 6-8 天，“人造胚胎”已經(jīng)和自然胚胎（第 7.5-8.75 天）高度相似，到 8 天實驗終止時，這二者在形態(tài)和分化內(nèi)容上不能說“毫不相干”，只能說“一模一樣”。

▲“人造胚胎”第 8 天（下）和自然胚胎第 8.75 天（上）在形態(tài)等方面高度相似

當然，對科學家來說，任務不僅是將這 3 種干細胞放在一起這么簡單，還要讓它們能順利“對話”交流。事實上，大量人類胚胎停育的案例，都發(fā)生在這 3 種干細胞彼此傳遞力學信號與化學信號的階段。

Zernicka Goetz 說：“這一早期階段是懷孕后其他一切的基礎。如果出現(xiàn)問題，懷孕將失敗。”在過去的十年里，Zernicka Goetz 的團隊一直在研究這些懷孕的早期階段，以了解為什么有些懷孕失敗，而另一些懷孕成功。

在顯微鏡下，研究團隊觀察到了神經(jīng)管、持續(xù)跳動的心臟結(jié)構(gòu)、腸管等等，最關(guān)鍵的是能夠辨別出前腦與中腦區(qū)域的完整大腦結(jié)構(gòu)。Zernicka-Goetz 團隊首次在干細胞培育的胚胎模型中展現(xiàn)出前腦的結(jié)構(gòu)。

▲成功發(fā)育至相當于小鼠胚胎第 8 天的胚胎模型

雖然目前的研究是在小鼠模型上進行的，但研究人員正在開發(fā)類似的人類模型，有可能直接產(chǎn)生特定的器官類型，以了解關(guān)鍵過程背后的機制，否則就不可能在真正的胚胎中研究。目前，英國法律只允許人類胚胎在發(fā)育的第 14 天內(nèi)在實驗室進行研究。

如果 Zernicka-Goetz 的團隊開發(fā)的方法在未來的人類干細胞上被證明是成功的，它們也可以被用來指導為等待移植的患者開發(fā)合成器官。Zernicka-Goetz 說:“世界上有很多人等待器官移植。讓我們的工作如此令人興奮的是，從中獲得的知識可以用來培育正確的人造人體器官，以拯救目前失去的生命。利用我們所掌握的有關(guān)成人器官形成的知識，應該也有可能影響和治愈成人器官。這是向前邁出的不可思議的一步，我從來沒有想過我們會走到這個地步。”

免責聲明：

我們尊重原創(chuàng)，也注重分享。圖文來源網(wǎng)絡，版權(quán)歸原作者所有，如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)或其它問題，請聯(lián)系我們刪除！