藏在母體深處的胚胎發(fā)育過(guò)程是大自然最大的秘密之一，現(xiàn)在，科學(xué)家為了解這個(gè)秘密打開(kāi)了一扇新的窗口。他們首次在不需要精子或卵子的情況下，利用干細(xì)胞制造出人造小鼠胚胎，并使用一種創(chuàng)新的生物反應(yīng)器培育該胚胎，使其成功在子宮外生長(zhǎng)。
沒(méi)有參與此項(xiàng)工作的荷蘭萊頓大學(xué)醫(yī)學(xué)中心干細(xì)胞生物學(xué)家Niels Geijsen指出，模擬胚胎發(fā)育出的結(jié)構(gòu)與真實(shí)胚胎相匹配，并且“在細(xì)胞水平上極其相似，即正確的細(xì)胞在正確的時(shí)間出現(xiàn)”。
8月1日，《細(xì)胞》雜志報(bào)道了這一成果，這將使生物學(xué)家能夠更深入地研究發(fā)育機(jī)制，更好地了解出生缺陷。該團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者、以色列魏茨曼科學(xué)研究所干細(xì)胞生物學(xué)家Jacob Hanna表示，接下來(lái)，他希望對(duì)類似的人類干細(xì)胞進(jìn)行同樣的研究。
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此前，研究人員已經(jīng)用由多種小鼠或人類干細(xì)胞制成的胚胎模擬體，重現(xiàn)了早期發(fā)育的部分過(guò)程，包括胚胎干細(xì)胞，它們來(lái)自正常胚胎，可以形成人體的所有組織。他們還模仿了囊胚，即植入子宮的簡(jiǎn)單發(fā)育階段，并在胚胎變成多層時(shí)重建了原腸胚。然而，這些模擬胚胎最終卻遇到了發(fā)育障礙——它們的細(xì)胞開(kāi)始分化，但不能合成器官。
其中一個(gè)障礙是如何讓人造胚胎存活數(shù)天以上。去年，Hanna和同事公布了一項(xiàng)培育過(guò)程，使得他們?cè)谀阁w外培育標(biāo)準(zhǔn)小鼠胚胎的時(shí)間達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的11天（一般小鼠的妊娠期約為20天）。關(guān)鍵步驟包括將胚胎放入裝有類似摩天輪裝置的培養(yǎng)箱中，該裝置可在裝滿營(yíng)養(yǎng)素和生長(zhǎng)因子的液體瓶中旋轉(zhuǎn)胚胎，使得研究小組能夠精確控制生長(zhǎng)條件，如氧氣水平。
然而，這些胚胎來(lái)自小鼠的受精卵。為了確定同樣的過(guò)程是否能讓干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成熟胚胎，Hanna團(tuán)隊(duì)又將基本的小鼠胚胎干細(xì)胞與經(jīng)過(guò)基因改造的胚胎干細(xì)胞譜系混合，使其在胚胎外產(chǎn)生支持生長(zhǎng)的組織。研究小組在培養(yǎng)皿上培養(yǎng)細(xì)胞第5天后，將其轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)瓶中。
到了第8天，這些“胚狀體”與8.5天的自然胚胎非常相似——擁有跳動(dòng)的心臟、明顯的頭尾軸、形成骨骼肌的塊狀部分、發(fā)育中的大腦、脊髓及其他器官。Hanna說(shuō)，他們還測(cè)量了超過(guò)4萬(wàn)個(gè)類胚胎細(xì)胞的基因活性，發(fā)現(xiàn)所有預(yù)期的細(xì)胞類型都位于正確的位置。
美國(guó)得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心細(xì)胞生物學(xué)家吳軍（音）說(shuō)，“這是一項(xiàng)重要的研究，證明了單獨(dú)的胚胎干細(xì)胞可以在體外完全生成包含所有早期器官的完整胚胎樣結(jié)構(gòu)。”
由于未知原因，這些人造胚胎在發(fā)育8天后停止了生長(zhǎng)。奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所的干細(xì)胞生物學(xué)家Nicolas Rivron說(shuō)，盡管如此，干細(xì)胞來(lái)源的胚胎在研究中仍比普通小鼠胚胎更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楦杉?xì)胞數(shù)量更多，科學(xué)家就更容易掌控。
目前，制造模擬胚胎的程序在大多數(shù)情況下都失敗了，形成模擬胚胎的初始細(xì)胞聚集不到1%。但是，Hanna指出，“這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，我們可以一次批量生產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)個(gè)聚合體。”
用人類胚胎干細(xì)胞達(dá)到同樣的效果，可能會(huì)避免人類胚胎研究中的一些爭(zhēng)議。“這為胚胎的使用提供了倫理和技術(shù)上的替代方案。”Rivron說(shuō)。
Hanna與他人聯(lián)合創(chuàng)辦了一家公司，將研究這種方法是否適用于人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，這些干細(xì)胞來(lái)源于成人細(xì)胞而非胚胎。胚胎中的細(xì)胞和組織釋放調(diào)控其相鄰細(xì)胞正確發(fā)育的因子。因此，首先將干細(xì)胞培育成人工胚胎可能會(huì)提供一種更好的方法，以產(chǎn)生可移植用于治療人類疾病的細(xì)胞類型。Hanna說(shuō)，這“更符合生理規(guī)律”。（李木子）
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