科學家利用人類皮膚細胞創造早期胚胎

編譯 劉迪一

我們都清楚人類的生殖過程：精子結合卵細胞形成受精卵，受精卵逐漸變為胚胎，然后又長成胎兒，最終成為嬰兒。但如果兩性結合并非胚胎形成的唯一方式呢？

不久前，《自然》（Nature）雜志上發表的兩項重磅研究用開創性的方式顛覆了科學對生命初始的傳統敘事。兩個獨立的科研小組各自都實現了將普通皮膚細胞誘導為一個類似受精卵的活體細胞簇——人類胚胎發育的最初階段。

需要指出的是，研究團隊并未設計出可發育為有生命嬰兒的人造胚胎，而是組裝了胚泡樣結構的細胞球。

盡管兩項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制品。它們不僅包含能長成嬰兒的細胞，而且還具備全部的支撐結構。在凝膠樣的培養箱里進行培育的短短10天內，經過逆向工程改造的細胞就表現出與自然細胞相似的驚人特性。例如，人造胚泡結構產生的細胞形成了胎盤，這對于胚胎存活至關重要，從理論上講，它們可以進一步發育甚至直至嬰兒發育成熟。

美國密歇根大學的傅建平博士沒有參與這項研究，不過他撰寫了一篇文章表達觀點：“這是人類早期胚胎的第一個完整模型，是一個重要的里程碑。”

這些研究為我們理解妊娠初期提供了新的視角，也讓我們對曾經一頭霧水的不育癥或妊娠丟失有了更清晰的認知——而且這一切都是在不必開展人類胚胎實驗的情況下就實現的。

不過這些細胞團的復雜性引起了人們的關注。目前，鑒于人造胚胎在某些方面與天然胚胎有所不同，因此科學家并不期望它們具有成長為完整胚胎的能力。然而，隨著技術的進一步完善，我們有望培育出更長生長周期的人造胚胎——當然，這可能會引起更多的倫理爭議，以及我們對生命開端的討論。

科學家已知，妊娠發生后，受精卵會在第4天左右發展為胚泡，然后在第8天左右著床。大約在這個時間段內，胚泡中會快速長出大量可長成胎盤的細胞，以及最終會發育為胎兒的細胞。

研究妊娠早期階段的難度極大。到目前為止，科學家一直通過被丟棄的人類胚胎（通常來自體外受精項目）開展相關實驗室研究。依照倫理要求，用于研究的胚胎最多只能長到13天。得克薩斯大學西南醫學中心的吳軍博士表示，胚泡“本質上是一個黑匣子”。

科學家此前曾嘗試使用小鼠胚胎細胞培育人造胚泡。2018年，有研究團隊利用小鼠的干細胞中長出了類似胚泡的細胞簇。這是一項出色的工作，但其模型并不完美，因為小鼠和人類的發育軌跡是不同的。

兩項新成果代表著科學家首次能夠從人類細胞中制造出像胚泡一樣的結構。

在其中一項新研究里，澳大利亞蒙納士大學的何塞·波羅（Jose Polo）博士基于已有的配制體系首創了誘導皮膚細胞發展為胚泡樣結構的方法。在被輕輕刮除并浸入特制的化學配方中之后，皮膚細胞又重回干細胞狀態，這意味著它們恢復了分化成其他類型細胞的能力。在這之后，他們又將誘導多能干細胞（iPSC）浸入培養皿里的營養液內，三周后，這些細胞開始分化出三種應在早期人類胚胎中出現的細胞類型。波羅等人意識到他們的培養成果似乎是一個類似胚泡的細胞簇。

隨后，研究小組將培養物轉移至果凍樣的3D結構培養系統中以獲得支持。奇怪的是，這些細胞開始以自己的“意志”進行自我組裝。波羅表示：“令人驚訝的是，當你將它們放在一起時，它們會自我組織。”

研究人員在對“自我組織”的細胞簇進行了遺傳學分析后，驚訝地發現這些類胚泡與天然胚泡有著相似的組織和細胞成分。例如，它有著一層具備胎盤的遺傳特征的細胞；此外，其他有的細胞與最終發育成整個胎兒的細胞非常相似。波羅等人將此人造胚泡結構命名為“iBlastoids”。

從某種意義上說，iBlastoid看起來就像是著床后的普通胚泡，不過研究人員并未做更進一步的探索。

在另一篇論文中，作者團隊使用了人體細胞和干細胞的混合物來設計他們的類胚泡，并收獲了與波羅團隊差不多的成果：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。他們還對培養物做了模仿著床過程的測試，結果發現類胚泡附著于培養皿上繼續發育，其中一些還重組為模仿下一發育階段的結構。

資料來源 singularityhub.com