科學(xué)家利用人類皮膚細(xì)胞創(chuàng)造早期胚胎

編譯 劉迪一

我們都清楚人類的生殖過(guò)程：精子結(jié)合卵細(xì)胞形成受精卵，受精卵逐漸變?yōu)榕咛ィ缓笥珠L(zhǎng)成胎兒，最終成為嬰兒。但如果兩性結(jié)合并非胚胎形成的唯一方式呢？

不久前，《自然》（Nature）雜志上發(fā)表的兩項(xiàng)重磅研究用開創(chuàng)性的方式顛覆了科學(xué)對(duì)生命初始的傳統(tǒng)敘事。兩個(gè)獨(dú)立的科研小組各自都實(shí)現(xiàn)了將普通皮膚細(xì)胞誘導(dǎo)為一個(gè)類似受精卵的活體細(xì)胞簇——人類胚胎發(fā)育的最初階段。

需要指出的是，研究團(tuán)隊(duì)并未設(shè)計(jì)出可發(fā)育為有生命嬰兒的人造胚胎，而是組裝了胚泡樣結(jié)構(gòu)的細(xì)胞球。

盡管兩項(xiàng)新成果未延伸到胚泡階段以外，但此兩種模型都是迄今為止最完整的人類胚胎的復(fù)制品。它們不僅包含能長(zhǎng)成嬰兒的細(xì)胞，而且還具備全部的支撐結(jié)構(gòu)。在凝膠樣的培養(yǎng)箱里進(jìn)行培育的短短10天內(nèi)，經(jīng)過(guò)逆向工程改造的細(xì)胞就表現(xiàn)出與自然細(xì)胞相似的驚人特性。例如，人造胚泡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的細(xì)胞形成了胎盤，這對(duì)于胚胎存活至關(guān)重要，從理論上講，它們可以進(jìn)一步發(fā)育甚至直至嬰兒發(fā)育成熟。

美國(guó)密歇根大學(xué)的傅建平博士沒有參與這項(xiàng)研究，不過(guò)他撰寫了一篇文章表達(dá)觀點(diǎn)：“這是人類早期胚胎的第一個(gè)完整模型，是一個(gè)重要的里程碑。”

這些研究為我們理解妊娠初期提供了新的視角，也讓我們對(duì)曾經(jīng)一頭霧水的不育癥或妊娠丟失有了更清晰的認(rèn)知——而且這一切都是在不必開展人類胚胎實(shí)驗(yàn)的情況下就實(shí)現(xiàn)的。

不過(guò)這些細(xì)胞團(tuán)的復(fù)雜性引起了人們的關(guān)注。目前，鑒于人造胚胎在某些方面與天然胚胎有所不同，因此科學(xué)家并不期望它們具有成長(zhǎng)為完整胚胎的能力。然而，隨著技術(shù)的進(jìn)一步完善，我們有望培育出更長(zhǎng)生長(zhǎng)周期的人造胚胎——當(dāng)然，這可能會(huì)引起更多的倫理爭(zhēng)議，以及我們對(duì)生命開端的討論。

科學(xué)家已知，妊娠發(fā)生后，受精卵會(huì)在第4天左右發(fā)展為胚泡，然后在第8天左右著床。大約在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，胚泡中會(huì)快速長(zhǎng)出大量可長(zhǎng)成胎盤的細(xì)胞，以及最終會(huì)發(fā)育為胎兒的細(xì)胞。

研究妊娠早期階段的難度極大。到目前為止，科學(xué)家一直通過(guò)被丟棄的人類胚胎（通常來(lái)自體外受精項(xiàng)目）開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)室研究。依照倫理要求，用于研究的胚胎最多只能長(zhǎng)到13天。得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的吳軍博士表示，胚泡“本質(zhì)上是一個(gè)黑匣子”。

科學(xué)家此前曾嘗試使用小鼠胚胎細(xì)胞培育人造胚泡。2018年，有研究團(tuán)隊(duì)利用小鼠的干細(xì)胞中長(zhǎng)出了類似胚泡的細(xì)胞簇。這是一項(xiàng)出色的工作，但其模型并不完美，因?yàn)樾∈蠛腿祟惖陌l(fā)育軌跡是不同的。

兩項(xiàng)新成果代表著科學(xué)家首次能夠從人類細(xì)胞中制造出像胚泡一樣的結(jié)構(gòu)。

在其中一項(xiàng)新研究里，澳大利亞蒙納士大學(xué)的何塞·波羅（Jose Polo）博士基于已有的配制體系首創(chuàng)了誘導(dǎo)皮膚細(xì)胞發(fā)展為胚泡樣結(jié)構(gòu)的方法。在被輕輕刮除并浸入特制的化學(xué)配方中之后，皮膚細(xì)胞又重回干細(xì)胞狀態(tài)，這意味著它們恢復(fù)了分化成其他類型細(xì)胞的能力。在這之后，他們又將誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）浸入培養(yǎng)皿里的營(yíng)養(yǎng)液內(nèi)，三周后，這些細(xì)胞開始分化出三種應(yīng)在早期人類胚胎中出現(xiàn)的細(xì)胞類型。波羅等人意識(shí)到他們的培養(yǎng)成果似乎是一個(gè)類似胚泡的細(xì)胞簇。

隨后，研究小組將培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移至果凍樣的3D結(jié)構(gòu)培養(yǎng)系統(tǒng)中以獲得支持。奇怪的是，這些細(xì)胞開始以自己的“意志”進(jìn)行自我組裝。波羅表示：“令人驚訝的是，當(dāng)你將它們放在一起時(shí)，它們會(huì)自我組織。”

研究人員在對(duì)“自我組織”的細(xì)胞簇進(jìn)行了遺傳學(xué)分析后，驚訝地發(fā)現(xiàn)這些類胚泡與天然胚泡有著相似的組織和細(xì)胞成分。例如，它有著一層具備胎盤的遺傳特征的細(xì)胞；此外，其他有的細(xì)胞與最終發(fā)育成整個(gè)胎兒的細(xì)胞非常相似。波羅等人將此人造胚泡結(jié)構(gòu)命名為“iBlastoids”。

從某種意義上說(shuō)，iBlastoid看起來(lái)就像是著床后的普通胚泡，不過(guò)研究人員并未做更進(jìn)一步的探索。

在另一篇論文中，作者團(tuán)隊(duì)使用了人體細(xì)胞和干細(xì)胞的混合物來(lái)設(shè)計(jì)他們的類胚泡，并收獲了與波羅團(tuán)隊(duì)差不多的成果：人造胚胎的大小和形狀與天然胚胎相似，也具備相近的遺傳特征。他們還對(duì)培養(yǎng)物做了模仿著床過(guò)程的測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)類胚泡附著于培養(yǎng)皿上繼續(xù)發(fā)育，其中一些還重組為模仿下一發(fā)育階段的結(jié)構(gòu)。

資料來(lái)源 singularityhub.com