科學家成功培養首個人類胚胎模型
科學家成功培養首個人類胚胎模型，這意味著什么呢?研究人員通過重新編輯干細胞合成人類胚胎模型。下面是小編為大家整理的科學家成功培養首個人類胚胎模型，歡迎大家分享收藏!
科技前沿：科學家成功培養首個人類胚胎模型意味著什么?
近日，一組來自劍橋大學和加州理工大學的研究團隊宣布，在沒有精子和卵子的情況下，已成功使用干細胞創造出全球首個人工合成的人類胚胎模型，類似于人類發育最早階段的胚胎。這無疑是一項突破性的進步，可能很快會為流產和遺傳疾病提供全新的見解。
盡管這項研究意義重大，但目前尚未發表在正式的科學期刊上，甚至在預印本上都還沒發表。此外，合成胚胎目前在全球大多數國家和地區都不受法律的保護，并且還可能帶來嚴重的倫理和法律問題。例如，沒有參與這項研究的科學家就表達了他們對這項技術的擔憂，其中有人還稱這項技術“令人不寒而栗”。
研究人員通過重新編輯干細胞合成人類胚胎模型
美東時間周三(6月14日)，劍橋大學和加州理工學院的Magdalena ?ernicka-Goetz教授在波士頓舉行的國際干細胞研究學會年會的全體會議上展示了這項研究。?ernicka-Goetz教授在會上宣布：“我們現在可以通過重新編輯(胚胎干細胞)來創造類似于人類胚胎的模型。”
科學家們指出，這些模型胚胎與人類早期發育階段的胚胎相似，可以為研究遺傳疾病的影響和反復流產的生物學原因提供一個重要的窗口。需要指出的是，這些胚胎結構沒有跳動的心臟，也沒有大腦的雛形，但包含了通常會形成胎盤、卵黃巢和胚胎本身的細胞。
人類胚胎模型的特點
在發育早期，人類胚胎形成一種叫做胚泡的結構。兩個研究小組現在已經從培養皿中的細胞中生成了人類囊胚樣結構，為推進人類胚胎學提供了一個有價值的模型。
如果我們要改進輔助生殖技術，防止懷孕損失和出生缺陷，對早期人類發育的正確理解是至關重要的。然而，研究早期發育是一個挑戰——幾乎沒有人類胚胎可用，而且研究受到相當大的倫理和法律限制。因此，利用體外培養的細胞構建哺乳動物胚胎模型的技術的出現帶來了令人興奮的機遇。《自然》雜志上的兩篇論文在這一領域取得了重大進展，表明人類胚胎干細胞或從成人組織中重編程的細胞可以在培養皿中被誘導成自組織，形成類似早期人類胚胎的結構。這是第一個完整的人類胚胎模型，包含與胎兒及其支持組織的所有創始細胞譜系相關的細胞類型。
在哺乳動物中，受精卵在發育的最初幾天經歷一系列的細胞分裂，最終形成一種叫做囊胚的結構。胚泡包含一個叫做滋養外胚層的外層細胞層，它包圍著一個包含一個叫做內細胞團(ICM)的細胞簇的空腔。隨著胚泡的發育，ICM分裂成兩個相鄰的細胞群-上胚層和下胚層(在小鼠胚胎中稱為原始內胚層)。胚泡隨后植入子宮組織，為胚原體形成做好準備，胚原體細胞形成形成整個胎兒的三層基本細胞。滋養外胚層繼續形成胎盤的大部分，而下胚層形成一種叫做卵黃囊的結構，它是早期胎兒血液供應所必需的。
第一個體外模型使用培養的細胞(稱為胚泡的結構)來重現胚泡的形成，使用的是小鼠干細胞對應于在小鼠胚泡的外胚層、滋養層和原始內胚層中發現的干細胞。然而，從人類細胞中生成類似的胚細胞直到現在還沒有實現。先前的人類早期發育模型使用的人類干細胞的發育類似于植入后、原腸形成前的上皮細胞。因此，盡管它們可以重現植入后人類發育的某些階段，但它們缺乏與滋養外胚層、下胚層或兩者都相關的譜系。
在當前的論文中，Yu等和Liu等，描述人類胚泡。這些技術突破的關鍵似乎有兩個方面：首先，使用代表人類胚泡譜系的細胞;第二，優化培養方案。
Yu等人從人類胚胎干細胞(來源于人類胚泡)或誘導多能干細胞(來源于成體細胞)開始研究。重要的是，這兩種類型的干細胞在發育上與胚泡內的外胚層細胞相似，也可以產生與滋養外胚層和下胚層細胞相關的譜系。相反，Liu等人對成纖維細胞進行了重編程，形成了一個混合細胞群，其中包含的細胞基因表達譜類似于上胚層、滋養外胚層和下胚層細胞的。就像在小鼠胚泡實驗中一樣，這兩種方法都涉及到將細胞植入3D培養皿(稱為Aggrewell培養皿)，然后用含有化學因子的液體培養基處理它們，以控制胚泡發育所需的信號活動(圖1)。Yu和他的同事用兩種不同類型的培養基按順序處理細胞，以促進細胞分化為滋養外胚層和下胚層的代表性譜系。
兩組研究人員都發現，人胚泡在培養6-8天后出現，形成效率高達20%，與小鼠胚泡方案的效率相當。人類胚泡的大小和形狀與自然胚泡相似，細胞總數也相似。它們包含一個空洞和一個類似ICM(內細胞團)的集群。
胚泡的詳細特征(包括全基因組表達分析和與人類胚胎數據的比較)表明，它們的細胞譜系與植入前的人類胚泡具有分子相似性。上胚層、滋養外胚層和下胚層相關譜系的空間組織與著床前的人類胚胎一致。研究小組還證明，胚泡細胞具有胚泡譜系的關鍵特性——從胚泡中分離出來的細胞可用于產生各種類型的干細胞。Yu等人的研究表明，如果將這些干細胞移植到小鼠胚泡中，它們在小鼠胚胎中產生的細胞能夠與相應的小鼠譜系整合。
接下來，研究人員利用一種已建立的模擬在培養皿中植入子宮的實驗分析了胚泡的進一步發展。與胚泡一樣，當胚泡在實驗中培養4到5天時，一些胚泡附著在培養皿上繼續發育。在這些附著的囊胚中的一部分，代表上皮細胞的細胞系重組成包圍著中央腔的結構——這讓人想起在著床后囊胚的上皮細胞中形成的前羊膜腔。在一些胚泡中，與滋養外胚層相關的細胞譜系展開并分化為特殊的胎盤細胞類型。Yu等人還觀察到一些囊胚中與下胚層相關的細胞系中存在第二個空腔，類似于卵黃囊空腔。
綜上所述，研究小組的數據表明，人類胚泡在植入前和植入后早期胚泡發育的體外模型中很有前景。然而，還有一些明顯的限制需要克服。例如，胚泡的發育是低效的，而且不同供體產生的細胞系和不同的實驗批次之間存在差異。此外，這三種細胞系在單個胚泡中的發育速度似乎略有不同，而且在同一培養皿中，胚泡的發育似乎不同步。囊胚中下胚層相關譜系的空間組織有待改進。此外，這些胚泡含有不明的細胞群，這些細胞群在人類天然胚泡中沒有對應的細胞群。
人工合成人類胚胎模型
近日，來自劍橋大學和加州理工學院的一個研究團隊宣布：在沒有精子和卵子的情況下，他們已成功通過干細胞創造出了人類胚胎模型。
該團隊的研究人員在美國時間6月14日，于波士頓舉辦的國際干細胞研究學會年會上的全體會議上描述了這項工作，相關研究目前尚未發表在正式的科學期刊或預印本上。一旦研究被證實真實有效，這將是全球首例無需精子卵子結合，人工合成的人類胚胎模型。