自20世紀80年代以來，干細胞研究在生物科學領域取得了顯著進展，科學家們紛紛嘗試利用這一研究來揭示生命起源的奧秘。近日，科學家們在細胞干細胞雜志（Cell Stem Cell）上發(fā)表了一項研究成果，成功利用猴子干細胞生成了類似胚胎的細胞團1，為研究人類胚胎發(fā)育提供了一種不涉及道德問題的替代方法。

人類胚胎發(fā)育的機制尚未得到充分研究，這主要是因為獲取和實驗使用人類胚胎涉及倫理問題。在實驗室環(huán)境中，研究人員已成功生成類似胚胎囊胚的細胞團，即“囊胚樣體”（blastoids）。這種細胞團在受精后的第五至六天形成，并能在培養(yǎng)皿中繼續(xù)發(fā)育。2021年3月，一位來自德克薩斯州南西醫(yī)學中心（University of Texas Southwestern Medical Center）的研究團隊成功利用人類干細胞生成囊胚樣體，并在培養(yǎng)皿中發(fā)育了十天2。

上海中國科學院神經(jīng)科學研究所的發(fā)育生物學家劉振（Zhen Liu）和他的團隊將研究對象轉向了長尾猴（Macaca fascicularis）。長尾猴是實驗室常用的實驗動物，因為它們與人類在生物學上有一定的相似性。在細胞培養(yǎng)中，研究人員將猴子胚胎干細胞暴露在各種生長因子中，以使它們分化為天然囊胚中的細胞類型。

經(jīng)過大約一周，干細胞形成了囊胚特有的球形結構，并分化為形成組織和器官的三個細胞譜系。作者們指出：“這在自然猴子囊胚的體外長時間培養(yǎng)研究中尚未實現(xiàn)。”當研究人員對約6000個單細胞進行單細胞RNA測序時，他們發(fā)現(xiàn)了與天然囊胚相似的遺傳特征。一些細胞表達了與內胚層相關的基因，內胚層是最終形成呼吸道和消化道內襯的最內層；而其他細胞則富含與胎盤發(fā)育相關的基因。然而，這些囊胚樣體并非天然囊胚的完美復制品——部分細胞無法分類，有些細胞產(chǎn)生的蛋白質表達量低于預期。

到第15天，研究人員觀察到了類似卵黃囊和羊膜的輪廓。卵黃囊在胎盤形成前提供營養(yǎng)，羊膜是包圍發(fā)育中胚胎的外膜。在41個囊胚樣體中，有5個還出現(xiàn)了類似原始條紋的特征。原始條紋標志著細胞開始重新排列，形成身體的左右、上下結構。

隨后，劉振及其團隊通過腹腔鏡手術將囊胚樣體移植到8只長尾猴的子宮內。移植后七到十天，三只猴子產(chǎn)生了孕囊，即孕期超聲檢查時首先看到的充滿液體的腔室。植入還導致了孕激素和絨毛膜促性腺激素的釋放。但這些現(xiàn)象都是短暫的，20天后，囊胚樣體和妊娠跡象消失。

盡管這些類似胚胎的結構并未設計成能夠發(fā)育成完全的胎兒，但它們在體內的生存能力不足表明，胚胎發(fā)育不僅僅是具備正確的細胞、結構和基因表達。西班牙巴塞羅那龐培法布拉大學（Pompeu Fabra University）的發(fā)育生物學家阿方索·馬丁內茲·阿里亞斯（Alfonso Martinez Arias）表示。

此外，子宮內分解的胚胎模型可能有助于了解導致流產(chǎn)和體外受精治療后植入失敗的因素。澳大利亞墨爾本大學（University of Melbourne）的發(fā)育生物學家亞歷山德拉·哈維（Alexandra Harvey）表示：“如果這些模型在這個階段確實失敗了，我們需要找出在早期階段需要尋找哪些其他標志?！?/p>

干細胞胚胎模型還有助于揭示胚胎發(fā)生的基本原理。

參考文獻