Nature:重磅!科學家利用人類胚胎幹細胞成功開發出人類胚胎樣模型!

2020-12-06 生物谷

2020年6月14日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，一項刊登在國際雜誌Nature上的研究報告中，來自劍橋大學等機構的科學家們通過研究利用胚胎幹細胞開發出了一種新型模型來研究人類的早期發育階段。這種模型類似於18-21天大小的胚胎的一些關鍵元素，其能幫助研究人員觀察到人類機體形成的潛在過程，這是以前從未直接觀察到的，而理解這些過程則能夠幫助研究人員揭示人類出生的缺陷和疾病發生的原因，同時就能在孕婦群體中開展相關的檢測。

圖片來源：Naomi Moris

這種計劃或機體藍圖是通過一種名為「原腸胚形成」的過程開始的，在原腸胚形成過程中，胚胎會形成三層不同的細胞，這些細胞隨後會轉化成為機體的主要系統，即外胚層會形成神經系統，中胚層能形成肌肉，而內胚層則能夠形成腸道。原腸胚階段通常被稱為人類發育的「黑箱期」（black box），因為法律限制禁止在第14天之後在實驗室培養人類胚胎，而這一過程是從第14天開始的，這個限制設定在胚胎不能形成雙胞胎的階段。

很多出生缺陷都源於黑箱期，其原因包括酒精、藥物、化學藥品和感染等，深入理解人類原腸胚期間的分子事件也能夠幫助解決很多醫學問題，包括不孕症、流產和遺傳性疾病等。研究者Alfonso Martinez-Arias教授說道，我們所開發的模型能夠產生一部分人類藍圖，這項研究中，我們所開發的模型能利用人類胚胎幹細胞來產生一種名為「類原腸胚」（gastruloids）的一種細胞三維組裝模塊，隨後其能夠分化為三層，其組織方式類似於早期人類機體計劃那樣。

為了在實驗室中製造這種類原腸胚組織，研究者將一定量的人類胚胎幹細胞置於小孔中，隨後其就能夠形成緊密的聚集體，當經過化學信號處理後，這些類原腸胚組織就能從頭到尾軸處延長，從而就能沿著這一軸線的特定模式開啟基因表達，並能夠反映哺乳動物機體的特殊元件。此前，包括小鼠和斑馬魚在內的模式生物能夠幫助科學家們深入研究人類原腸胚形成的分子機制，然而當細胞開始分化時，這些模型的行為就與人類胚胎的行為並不相同，動物模型能夠對特定藥物產生不同反應，比如抗晨吐藥沙利度胺，通過對小鼠進行臨床試驗後，研究者發現其會導致人類出現嚴重的出生缺陷，因此，開發出能模擬人類發育的最佳模型是非常重要的。

類原腸胚並沒有潛力發育成為完全成型的胚胎，其也並沒有腦細胞或植入到子宮內所需要的任何組織，這就意味著他們永遠無法超越最早期的發育階段，因此其也會符合當前科學界的道德標準。通過對發育到72小時的人類類原腸胚組織中的基因表達情況進行分析，研究人員發現了一種非常明顯的標誌信號，其能 促進諸如胸肌、骨骼和軟骨等重要身體結構的發育，但並不會發育為腦細胞。

最後研究者Naomi Moris博士表示，這是一種非常令人興奮的新型模型系統，其能幫助我們首次在實驗室中揭示並探索早期人類胚胎發育的過程，該系統是模擬人體計劃出現的第一步，同時其或許也能幫助研究其它人類胚胎發育問題出現的原因，比如出生缺陷症等。（生物谷Bioon.com）

原始出處：

Moris, N., Anlas, K., van den Brink, S.C. et al. An in vitro model of early anteroposterior organization during human development. Nature (2020).doi：10.1038/s41586-020-2383-9

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