干细胞衍生的“胚胎”植入猴子体内

科学家们在猕猴身上制造出了类似胚胎的细胞球，并引发了早期怀孕的迹象。根据今天发表在《科学》杂志上的一项研究，干细胞来源的囊胚细胞可以帮助研究人员了解人类胚胎发育，而不会出现使用真正胚胎细胞的伦理困境细胞干细胞¹．

“这项工作突出了基于干细胞的胚胎模型作为一种探索通常难以进入的胚胎阶段的手段的惊人潜力在活的有机体内伦敦弗朗西斯·克里克研究所的发育生物学家娜奥米·莫里斯说。

由于获取和试验人类胚胎的伦理困难，人类胚胎发育的机制在很大程度上仍未被研究。在实验室里，研究人员之前已经生成了类囊胚——类似于囊胚的细胞球，即受精后大约5 - 6天形成的分裂细胞群。例如，2021年3月，达拉斯德克萨斯大学西南医学中心的发育生物学家余乐倩领导的一个团队报告说，成功地从人类干细胞中产生了囊胚细胞，并在培养皿中培养了10天²．

猴子模型

中国科学院神经科学研究所的发育生物学家刘震和他的同事们将研究对象转向食蟹猴(猕猴属fascicularis)，也被称为食蟹猕猴，它们通常被用作实验动物，因为它们与人类在生物学上有一些相似之处。在细胞培养中，研究人员将猴子胚胎干细胞暴露于各种生长因子中，使它们分化成天然囊胚中的细胞类型。

大约一周后，干细胞形成了囊胚的标志性球形结构，并分化成为组织和器官形成奠定基础的三种细胞系。这甚至在研究中都没有实现在体外长时间培养自然的猴子囊胚，”作者说。

当研究人员使用单细胞RNA测序对大约6000个单个细胞进行分析时，他们发现了与自然囊胚相似的遗传特征。一些细胞表达了与内胚层(最终形成呼吸道和胃肠道内衬的最内层)相关的基因，而另一些细胞则富含与胎盘发育相关的基因。但囊胚并不是自然囊胚的完美反映——一些细胞无法分类，一些细胞表达的蛋白质没有预期的那么多。

到了第15天，研究人员可以看到卵黄囊的轮廓，它在胎盘形成之前提供营养，还有羊膜，包裹着发育中的胚胎的外膜。在41个胚细胞中，有5个发育出了类似于原始条纹的特征，这种结构标志着细胞开始重新排列自己，形成身体的布局，包括它的左-右、上-下配置。

刘和他的团队随后使用腹腔镜手术将囊胚移植到8只食蟹猴的子宫中。在移植后的7到10天里，其中三只猴子有妊娠囊——充满液体的空洞，这是怀孕期间超声检查到的第一个特征。植入还导致妊娠激素黄体酮和绒毛膜促性腺激素的释放。但这些都是短暂的，胚泡和怀孕迹象在20天后就消失了。

在子宫内的见解

虽然胚胎样结构的设计不是为了发育成成熟的胎儿，但它们缺乏持久力在活的有机体内西班牙巴塞罗那庞培法布拉大学的发育生物学家阿方索·马丁内斯·阿里亚斯说，这表明胚胎发育不仅仅是拥有正确的细胞、结构和基因表达。

此外，在子宫内破裂的胚胎模型可以为导致流产和着床失败的因素提供见解在体外澳大利亚墨尔本大学的发育生物学家亚历山德拉·哈维说。她说:“如果这些模型在那个阶段确实失败了，我们就必须找出我们需要在早期阶段寻找的其他标记。”

Moris说，基于干细胞的胚胎模型也可以用于梳理胚胎发生的基本原理。她说，通过操纵胚细胞中的基因表达或调整信号通路，研究人员可以研究哪些特征对胚胎发育是必要的。Moris补充说，实验室制造的胚胎模型也可以用于需要大样本的实验——比如蛋白质组学——因为它们可以大规模生成。随着胚胎模型变得越来越复杂，治理和监管框架将需要跟上步伐，以及关于如何使用它们的讨论。

刘和他的同事们的下一步是改进他们生产猴子胚细胞的方法。“这将有助于实现进一步的胚胎发生，”作者说。