劍橋大學(xué)的科學(xué)家們通過(guò)使用兩種干細胞以及一個(gè)三維支架，成功地在培養過(guò)程中創(chuàng )造出了類(lèi)似于小鼠胚胎的結構。

　　胚胎發(fā)育涉及三種干細胞

　　哺乳動(dòng)物受精后出現三種胚胎干細胞，胚胎干細胞（ESC）會(huì )聚集在囊胚的一端，以后發(fā)育為身體。其他兩種類(lèi)型的干細胞：一種是胚外滋養層干細胞（TSC），這將形成胎盤(pán)；另外原始內胚層干細胞會(huì )形成所謂的卵黃囊，保證胎兒的正常發(fā)育和器官提供必需的營(yíng)養物質(zhì)。

　　之前的培育胚胎的嘗試只有胚胎干細胞的結構取得有限的成功。這是因為早期胚胎發(fā)育需要不同類(lèi)型的細胞相互緊密配合。

　　用兩種干細胞和三維支架養出類(lèi)胚胎組織

　　然而，這篇剛發(fā)表在Science上的研究結合使用轉基因小鼠的胚胎干細胞ESC和TSC，連同一個(gè)三維支架作為一種細胞外基質(zhì)，成長(cháng)為一個(gè)能夠自行組裝的結構。其發(fā)育和構造非常接近自然的胚胎。

　　研究小組將他們的人工胚胎與正常發(fā)育的胚胎進(jìn)行比較，表明其發(fā)育遵循相同的模式：干細胞組織起來(lái)，胚胎干細胞ESCs在一端，胚外滋養層干細胞TSCs則在另一端。然后出現胚胎發(fā)育的羊膜腔。

　　左邊是干細胞制造的培養96個(gè)小時(shí)的小鼠“胚胎”，右邊是培養48小時(shí)后的小鼠培養。紅色是胚胎部分。

　　研究人員說(shuō)，雖然這種人工胚胎與真實(shí)的胚胎非常相似，但它不可能進(jìn)一步發(fā)展成健康的胎兒。要做到這一點(diǎn)，它可能需要第三種形式的干細胞，這將允許卵黃囊的發(fā)育，其中也有血管網(wǎng)絡(luò )為胚胎提供營(yíng)養。此外，該系統還沒(méi)有為胎盤(pán)的正確發(fā)育而優(yōu)化。

　　科研人員解釋研究成果和意義

　　MagdalenaZernicka-Goetz教授解釋?zhuān)?ldquo;胚胎和胚外細胞開(kāi)始互相交流，組織成起來(lái)像和行為上都像胚胎的結構。它具有解剖學(xué)上的正確的區域，并在正確的位置和正確的時(shí)間發(fā)生。”Zernicka-Goetz教授和他的同事們發(fā)現了這兩種類(lèi)型的干細胞之間的通信的一個(gè)顯著(zhù)的程度：在某種意義上來(lái)說(shuō)，這些細胞告訴對方胚胎在哪安置它們。

　　Zernicka-Goetz教授指出：“我們知道，不同類(lèi)型的干細胞之間的相互作用是重要的發(fā)展，但引人注目的是，我們的新工作說(shuō)明，這是一個(gè)真正的伙伴關(guān)系——這些細胞真正相互指導。沒(méi)有這種伙伴關(guān)系，正確的形狀和形態(tài)的發(fā)展不能及時(shí)發(fā)生，關(guān)鍵的生物機制活動(dòng)不會(huì )適當地進(jìn)行。”

　　了解胚胎發(fā)育的早期階段，可以有助于解釋為什么很多人會(huì )在這個(gè)時(shí)期妊娠失敗。從理論上講，類(lèi)似的方法可能會(huì )被用來(lái)探索人類(lèi)早期發(fā)育揭示在出生缺陷和健康上母體環(huán)境的作用。

　　回顧人工培育胚胎的研究歷程

　　二倍性是哺乳動(dòng)物的一個(gè)基本遺傳特性，單倍體細胞往往只出現在生殖細胞中。2016年3月16日，發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究中，科學(xué)家們成功生成了一種只攜帶單拷貝人類(lèi)基因組的新型胚胎干細胞。

　　研究人員分析了一批來(lái)自單倍體卵母細胞的人類(lèi)孤雌生殖胚胎干細胞系，成功分離和培養了攜帶正常單倍體染色體組型的人類(lèi)胚胎干細胞系。單倍體人類(lèi)胚胎干細胞表現出典型的多能干細胞特征，如自我更新能力以及多能特異性分子信號。此外，研究人員還證明了這類(lèi)新型干細胞可作為功能缺失基因篩選平臺使用。

　　人類(lèi)胚胎發(fā)育研究出現里程碑式突破。美國洛克菲勒大學(xué)和英國劍橋大學(xué)的研究小組分別在2016年5月4日的Nature和NatureCellBiology發(fā)表了相關(guān)文章稱(chēng)，已經(jīng)在實(shí)驗室成功培養了自受精后13天的人類(lèi)胚胎，打破了以前9天的記錄。這一成就已經(jīng)使科學(xué)家發(fā)現了早期人類(lèi)發(fā)育的新方面，包括人類(lèi)胚胎中重未見(jiàn)過(guò)的特性。該技術(shù)能夠幫助確定為什么一些人懷孕會(huì )失敗。很多國家和科學(xué)團體禁止對14天以上的人類(lèi)胚胎進(jìn)行研究，考慮到這個(gè)，研究者在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)之前結束了他們的實(shí)驗。

　　2017年1月26日，發(fā)表在Cell雜志上題為“InterspeciesChimerismwithMammalianPluripotentStemCells”的研究中，來(lái)自Salk研究所的科學(xué)家小組借助“魔剪”CRISPR技術(shù)首次成功培育出了人-豬嵌合體胚胎。他們將人類(lèi)干細胞注入豬胚胎中，首次成功培育出人豬嵌合體胚胎，并在豬體內發(fā)育了3到4周時(shí)間。

　　該研究的通訊作者表示，這是干細胞研究領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。該研究的最終目標是在動(dòng)物體內培育出可供移植的人類(lèi)細胞、組織和器官。