實驗室培養(yang) 的人類囊胚與(yu) 5天大的人類胚胎有許多相似之處。圖片來源：UNIVERSITY OF TEXAS SOUTHWESTERN MEDICAL CENTER

處於(yu) 囊胚期的人類胚胎比圓珠筆尖還小，可能包含不到100個(ge) 細胞，長期以來，囊胚期人類胚胎的發育路徑一直困擾著科學家。例如，許多流產(chan) 發生在這一階段，這一階段的囊胚也可以分裂產(chan) 生雙胞胎。

現在，多個(ge) 研究小組已經找到了模擬囊胚模型的方法，可在實驗室誘導培養(yang) 人類細胞形成與(yu) 真實細胞非常相似的簇狀細胞。

3月18日，《自然》發表兩(liang) 篇文章，描述了兩(liang) 種在實驗室條件下生成的人囊胚樣結構。這使研究人員能夠解決(jue) 有關(guan) 人類生育能力的重要問題，如為(wei) 什麽(me) 體(ti) 外受精經常失敗。

“囊胚模型將成為(wei) 研究人類發育這一階段的窗口，將允許我們(men) 以前所未有的方式研究。”未參與(yu) 該研究的美國萊斯大學幹細胞生物學家Aryeh Warmflash說。

我們(men) 都曾經是囊胚。對人類來說，這個(ge) 階段開始於(yu) 受精後5天左右，隻持續幾天，是一個(ge) 分水嶺。“囊胚是我們(men) 培養(yang) 特殊細胞類型的第一個(ge) 階段。”加拿大多倫(lun) 多大學兒(er) 童醫院發育生物學家Janet Rossant說。這一階段還引發了另一重大事件——著床，此時囊胚依偎在子宮內(nei) 膜，開始與(yu) 母親(qin) 的細胞相互作用，形成胎盤。

但是，要回答諸如哪些基因協調囊胚發育，以及為(wei) 什麽(me) 著床常常不成功等問題一直很困難。人類囊胚的唯一來源是最初用於(yu) 體(ti) 外受精的捐贈胚胎，這些胚胎非常稀少，而且背負著沉重的道德包袱。為(wei) 了尋找替代方法，很多科學家已經誘導老鼠幹細胞形成囊胚樣團塊，但它們(men) 並不能完美重現人類胚胎中發生的事情。

為(wei) 了製造人類囊胚模型，美國德克薩斯大學達拉斯西南醫學中心細胞生物學家吳軍(jun) 及其同事首先鎖定了胚胎幹細胞，這種細胞可以從(cong) 人類囊胚中分離出來，產(chan) 生我們(men) 體(ti) 內(nei) 所有類型的細胞。研究人員此前發現，在特定的培養(yang) 條件下，胚胎幹細胞可以在囊胚中形成三種類型的細胞。研究團隊進一步發現，當他們(men) 用兩(liang) 種分子混合物刺激培養(yang) 的人類胚胎幹細胞時，這些細胞會(hui) 聚集成囊胚的死亡模子。

胚胎幹細胞來自人類的囊胚，它們(men) 有許多相同的倫(lun) 理和實踐限製。但在正確的分子刺激下，研究人員可以將成熟細胞(如皮膚成纖維細胞)轉化為(wei) 誘導性多能幹細胞（iPS細胞），iPS細胞與(yu) 胚胎幹細胞具有同樣的組織生成能力，但不需要破壞胚胎。研究人員表示，用同樣的兩(liang) 種分子混合物推動人類iPS細胞也會(hui) 產(chan) 生類似囊胚的細胞簇。

第二篇論文是由澳大利亞(ya) 莫納什大學幹細胞生物學家Jose Polo領導的，他在研究皮膚細胞如何轉變為(wei) iPS細胞時，偶然發現了製造人類囊胚的另一種方法：尚未完全轉化為(wei) iPS細胞的中間細胞可以產(chan) 生所有三種囊胚細胞。在標準培養(yang) 皿上，細胞不能充分發揮其潛能。但在更寬敞的空間裏，它們(men) 會(hui) 聚成類似囊胚的球體(ti) 。

上周，美國加州理工學院發育生物學家Magdalena Zernicka-Goetz和北京大學第三醫院生殖醫學中心副研究員於(yu) 洋領導的研究小組分別在預印本網站BioRxiv發表論文，報告他們(men) 也用“延伸”的人類幹細胞製造出了類似胚囊的簇狀細胞。

Polo和吳軍(jun) 的研究小組證明了他們(men) 的胚囊再現了人類胚囊的許多特征。例如，它們(men) 含有相同數量的細胞，並且開啟了許多相同的基因。至少在培養(yang) 皿中，胚囊可以重現一些移植的早期步驟。

聚成類似囊胚的球體(ti) 與(yu) 體(ti) 外受精來源的囊胚有幾個(ge) 關(guan) 鍵區別。美國加州大學舊金山分校生殖和發育生物學家Susan Fisher說：“有很多事情我們(men) 不了解，但這是非常令人興(xing) 奮的第一步，我們(men) 從(cong) 中可以學到很多東(dong) 西。”

盡管新技術效率低下，Polo指出，它們(men) 仍然可以大量產(chan) 生囊胚。這使得研究人員可以使用囊胚來測試某些化學物質是否會(hui) 破壞胚胎發育，追蹤突變是如何導致出生缺陷的，並改進體(ti) 外受精。吳軍(jun) 警告說，囊胚不是胚胎，而是“經曆了胚胎發生早期階段的細胞集合”。他補充說，人類的囊胚不能發育成胎兒(er) 。

一項被廣泛接受的研究指導方針明確指出，禁止囊胚生長超過14天，以上四組囊胚研究都遵守了這一限製。據悉，國際幹細胞研究協會(hui) 將於(yu) 5月發布新建議，可能會(hui) 對胚狀細胞等胚胎結構的研究提供進一步指導。

相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03356-y

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03372-y

https://doi.org/10.1101/2021.03.12.435175

https://doi.org/10.1101/2021.03.09.434313



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