原文作者：David Cyranoski
研究人員在實驗室將猴子胚胎培養至第20天，或將重啟人類胚胎到底應在培養皿中發育多久的爭論。
中國的兩個研究團隊成功在培養皿中讓猴子胚胎發育至20天，創下了迄今體外存活最久的靈長類胚胎紀錄。這項研究揭示了人類胚胎早期發育過程中一個關鍵但缺乏了解的階段，實驗結果或讓延長人胚胎體外培養時限的討論再次提上檯面。
兩個研究團隊在實驗室中成功將食蟹猴胚胎培育了20天。來源：Mark MacEwen/Nature Picture Library
研究人員想通過培育胚胎了解胚胎發育的最初階段。2016年，美國生物學家成功在體外將人胚胎培養至13天，但隨即停止了實驗——根據一項國際公認的規則，出於倫理原因，人胚胎的培養時間不得超過14天。作為與人類親緣關係很近的物種，猴子的胚胎為了解人類早期發育打開了一扇窗，但科學家此前只將猴子胚胎培養到最多9天。
不久前，兩支中國團隊在《科學》上發表論文1，2，報導了實驗室培養的食蟹猴（Macaca fascicularis）胚胎經歷的幾個關鍵過程，其中包括原腸運動，也就是各種類型的細胞在14天左右開始形成的過程，這些細胞會後續發育成不同的器官和組織。
加州理工學院的發育生物學家Magdalena Zernicka-Goetz表示：「這項研究的最大貢獻在於發現了一個與人近似、可供研究體外原腸運動的模型系統，這非常令人興奮。」
儘管研究表明，猴子的早期發育可以映射人類最初兩周發育的多個方面，但這兩支團隊還是發現了兩者之間的細微差異。法國幹細胞與腦研究所的幹細胞生物學家Pierre Savatier說，這說明猴子胚胎可能不是研究人類發育過程中某些高級階段的合適模型。他預測，這些論文將推動將培養時間延長至14天以上的政策改革。
將猴子胚胎的培養時間再次拉長還能推動另一個熱門但有爭議領域的發展——被稱為嵌合體的人猴雜交胚胎，培育雜交胚胎的目的是為了研究人類細胞如何分化成器官。由於研究人員無法將猴子胚胎培養至足夠長的時間來觀察所注射的人類細胞的行為，這項研究一直難見進展。Savatier表示自己將使用這種培養技術發育猴子胚胎，再在胚胎中注入人類幹細胞。他說，「這種培養系統對於嵌合體實驗非常重要。」
幸運胚胎
兩個研究團隊都選擇在膠狀基質上培育猴子胚胎，這種基質能夠比子宮內細胞提供更多氧氣。這種培養技術是由Zernicka-Goetz團隊開發的，該團隊和另外一支同樣來自美國的團隊在2016年將人胚胎成功培養至13天3，4。
在最新發表的兩篇論文中，其中一項研究由加州索爾克生物研究所的發育生物學家Juan Carlos Izpisua Belmonte與雲南省靈長類生物醫學重點實驗室的季維智共同領銜。該團隊報導稱，200個猴子胚胎中有46個發育到了第20天。在另一篇論文中，中國科學院動物研究所發育生物學家李磊團隊表示，他們培育的3個胚胎存活到了第20天。
一個17天的胚胎。來源：Y. Niu et al./Science
兩個團隊通過體外受精培養了這些胚胎，並追蹤了它們的發育過程，從而確定它們是否會像在子宮裡一樣發育。團隊研究的內容包括胚胎中各種結構的形成時間和形狀，支持胚胎生長的結構，不同階段細胞表達的蛋白質類型，以及會成為卵子或精子的原始生殖細胞。他們之後再將這些觀察結果與既往實驗中的同物種發育情況進行比較。在之前的實驗中，科學家從懷孕天數不同的猴子體內取出過各種階段的胚胎，最長的為17天5。
兩個研究團隊都稱培養皿中的胚胎與子宮中的胚胎發育方式相同。Izpisua Belmonte表示：「可以說我們在體外觀察到的這些結果反應了體內的發育情況。」
研究團隊在第20天停止了實驗。當時，胚胎顏色已經開始變暗，一些細胞從胚胎中分離出來，這些都是胚胎結構瓦解的跡象。李磊說出現這些現象的原因尚不清楚。他和Izpisua Belmonte表示，在更類似子宮的細胞外基質中培養細胞，或許能讓胚胎活得更久。接下來，季維智希望能夠將胚胎培養至原始神經系統開始形成的時間點，大概在20天左右。
細微差異
密西根大學安娜堡分校的生物工程師傅劍平一直在嘗試培養合成人類胚胎，他認為兩項研究中的數據均表明猴子和人類的早期發育存在細微但至關重要的差異，這也讓非人靈長類動物胚胎無法完全替代人細胞的研究。他說：「體外培養的人胚胎仍然是研究和理解人類發育所不可替代的系統。」
Savatier說，季維智和Ispizua Belmonte的這篇論文中指出了一個差異，那就是猴子細胞中表達的最終會形成胎盤的基因與人類的不同。但要研究人胚胎的後期發育過程，監管機構必須先解除14天的禁令。
美國團隊在2016年將人胚胎培育至13天之後，一些科學家和倫理學家提出應修改14天政策。2017年的一項英國民意調查也顯示公眾強烈支持延長這一期限。Savatier等人認為，揭示人胚胎發育具有獨特特徵的研究結果將為政策改革增添新論據。他表示：「毫無疑問，這項工作將迫使倫理委員會和監管機構就14天規則重新展開討論。」
研究人員相信，如果規則改變，就能用膠狀基質把人胚胎培養到更後期的階段。季維智表示他們研究所的另一個小組已經開發了一種專門針對人胚胎的實驗方法，不久將發表。他說：「這個系統或能用於將人胚胎培養至20天，但我們尚未打算這麼做。」
參考文獻：
1.Niu, Y.et al.Sciencehttps://doi.org/10.1126/science.aaw5754 (2019).
2.Ma, H.et al.Sciencehttps://doi.org/10.1126/science.aax7890 (2019).
3.Deglincerti, A.et al.Nature533, 251–254 (2016).
4.Shahbazi, M. N.et al.Nature Cell Biol.18, 700–708 (2016).
5.Nakamura, T.et al.Nature537, 57–62 (2016).
原文以Primate embryos grown in the lab for longer than ever before為標題發表在2019年10月31日的《自然》新聞上
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