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Nature子刊重磅:人类首次利用人体干细胞创造出“人造胚胎”活体模型
2019-09-29   来源:细胞药物   点击:809

201971日,一项关于利用人类胚胎干细胞,首次创造出具有三维结构的人类胚胎活体模型的研究在《Nature Cell Biology》杂志上发表,研究成果令人兴奋,但在人类胚胎研究这个领域,毫无疑问,又一次引发了争论。

直接研究人类的原肠胚形成和对称性破坏仍然是极具挑战性的,不仅因为目前的伦理准则,而且因为缺乏生物材料。因此,人类胚胎的合成模型是解决这些问题的唯一选择。科学家们从一个值得注意的案例中发现,由人类胚胎干细胞(hESCs)形成的三维单层球形上皮细胞,在一定的机械条件下,其部分表现出不对称的外胚层—羊膜形态学,外胚层部分分化为原条蛋白质BRA+细胞,因此可能模拟了原肠胚形成过程。因此研究人员认为,利用hESCs建立外胚层—羊膜不对称模型,将外胚层—羊膜的转变与前—后轴的形成相结合将是一个有趣的研究方向。

在这项研究中,研究人员将hESCs放入含有水凝胶的培养皿中,并添加一种蛋白质,以诱导hESCs形成类似于早期胚胎的三维空心球状细胞,作为一种外胚层模型,用于观察前—后对称性的破坏。重要的是,这种模型显示,在没有任何胚胎外组织或母体提示的情况下,仅人类外胚层模型就可以自发地建立前—后轴,并在低剂量的BMP4的作用下进行局部上皮—间质转化,开始了最终可发育成胎儿的更复杂结构的发育。这意味着科学家们创造了类似于人类原始胚胎的生命体,这是迄今为止在实验室中创造的最先进的模型实例。

研究人员希望,这些由人类胚胎干细胞制成的发明,可以为人类发展提供至关重要的新见解,并为治疗不孕症、预防流产、出生缺陷和许多疾病带来新方法。

几十年来,科学家们一直致力于了解胚胎发育成胎儿的一些最早步骤。但其中一些最关键的问题一直是个谜。这是因为它们发生在女性的子宫里,无法被研究。另外科学家被禁止在他们的实验室里研究发育超过14天的人类胚胎,即“14天期限”原则。

“我们建立了一个人类胚胎的模型,它是在子宫外发育而来的,不是精子和卵子的产物,而是自我组织成复杂结构的人类胚胎干细胞的产物,”这项新研究所在的实验室的负责人,纽约Rockefeller University分子生物学家,这项新研究所在的实验室的负责人,Ali Brivanlou说。但重要的是,该模型又迈出了至关重要的一步:它们打破了球体细胞的对称性,从而开始向更复杂结构的发展。能够重新创造并研究第一个打破对称的时刻,这确实是令人兴奋的。

著名干细胞科学家、Harvard Medical School院长George Daley博士和Case Western Reserve UniversityHarvard Medical School的生物伦理学家Insoo Hyun博士也都表示,从科学角度讲,这项研究很重要,我们真的无法进入发育的早期阶段,但现在我们在培养皿中有了这个非凡的工具,这是一项非常令人兴奋的成果。

同时,他们也提出了一些令人担忧的问题,14天期限”原则是使用人类胚胎进行体外研究的重要伦理原则。Brivanlou的人造胚胎最终可能会接近一个14天大的人类胚胎,甚至更大。因此,科学家应该在多大程度上创造人类胚胎的活模型,也就是说,你要让这些结构发育多久,它们什么时候开始触及人类胚胎生物学研究上的一些伦理挑战,这或许是最主要的问题。

同时,他们也提出了一些令人担忧的问题,14天期限”原则是使用人类胚胎进行体外研究的重要伦理原则。Brivanlou的人造胚胎最终可能会接近一个14天大的人类胚胎,甚至更大。因此,科学家应该在多大程度上创造人类胚胎的活模型,也就是说,你要让这些结构发育多久,它们什么时候开始触及人类胚胎生物学研究上的一些伦理挑战,这或许是最主要的问题。

“这项研究是不可预测的。这些细胞的自我组织方式有时会让研究人员感到惊讶,它们达到了他们没有预料到的复杂程度,” Hyun说,“前方潜伏着危险。”

然而,Rockefeller University的科学家们一致认为,研究人员和生物伦理学家需要讨论这项研究提出的问题。但他们坚持认为,这些模型不具备人类胚胎的道德地位,也不可能成为婴儿。“这些并不是真正的人类胚胎,”该文章的第一作者Mijo Simunovic说,“如果我们让它们生长,它们永远不会成为人类胚胎。”

正因为如此,国际干细胞研究协会正计划修改这类研究的指导方针。是时候开始考虑重新评估这类实验的局限性了。科学已经发展到这些指导方针现在必须重新审视14天期限”原则的地步。

(细胞药物 201974日)

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