原標(biāo)題：科學(xué)家成功培養(yǎng) 人類胚胎模型 人類胚胎體外培養(yǎng)時(shí)間從7天延長(zhǎng)到14天

 

　　當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月14日，在美國(guó)波士頓舉行的國(guó)際干細(xì)胞研究學(xué)會(huì)年會(huì)上，劍橋大學(xué)和加州理工學(xué)院教授馬格達(dá)雷娜·澤尼克-格茨宣布了其團(tuán)隊(duì)近期的研究成果。她表示，其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了全世界 具備羊膜和生殖細(xì)胞的人類胚胎模型，并發(fā)布了未經(jīng)同行評(píng)議的預(yù)印本論文。

 

　　幾乎同一時(shí)期，以色列魏茨曼科學(xué)研究所雅各布·漢納團(tuán)隊(duì)、中國(guó)昆明理工大學(xué)靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院李天晴團(tuán)隊(duì)、美國(guó)匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院副教授莫·易卜拉欣卡尼團(tuán)隊(duì)，也相繼發(fā)表預(yù)印本文章，公開(kāi)相似的研究成果。

 

　　傅劍平是密歇根大學(xué)安娜堡分校生物醫(yī)學(xué)工程系教授。2017年，他和團(tuán)隊(duì)共同構(gòu)建了世界上第一個(gè)三維、但不完整的人類胚胎模型，在該領(lǐng)域引發(fā)轟動(dòng)。他還曾擔(dān)任國(guó)際干細(xì)胞研究學(xué)會(huì)（ISSCR）指南工作組成員。傅劍平對(duì)《中國(guó)新聞周刊》說(shuō)，6年來(lái)，他目睹了類胚胎模型這一前沿領(lǐng)域的飛快進(jìn)展， “快到政策監(jiān)管已跟不上它的發(fā)展速度”。但他同時(shí)表示，現(xiàn)在的人類胚胎模型，離真正發(fā)展為一個(gè)鮮活的生命還有很長(zhǎng)的距離。

 

　　完整人類胚胎模型首次活到14天

 

　　如果以周計(jì)算，一個(gè)新生命是這樣誕生的：精子和卵子結(jié)合后，第一周，受精卵迅速分裂、發(fā)育，形成中空的囊胚。大約從第二周起，囊胚開(kāi)始著床，即進(jìn)入子宮，以便從母體吸收營(yíng)養(yǎng)。受精第14天時(shí)，囊胚已分化出了滋養(yǎng)層、上胚層和下胚層細(xì)胞。第三周起，胚胎進(jìn)入原腸胚階段，上述三種胚層細(xì)胞會(huì)發(fā)展為不同的器官，比如，外胚層發(fā)育成皮膚、眼睛等，中胚層發(fā)育成排泄、循環(huán)系統(tǒng)等，內(nèi)胚層發(fā)育為呼吸道、肝臟等。

 

　　一直以來(lái)，囊胚進(jìn)入子宮后，受倫理和技術(shù)限制，人類該階段的早期胚胎發(fā)育機(jī)制都是難以破解的“黑匣子”。人們了解的相關(guān)知識(shí)，只能來(lái)自于對(duì)其他哺乳動(dòng)物胚胎的研究。昆明理工大學(xué)靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院教授李天晴向《中國(guó)新聞周刊》介紹，臨床數(shù)據(jù)顯示，約30％的人類胚胎無(wú)法成功著床，在胚胎著床后的一兩周內(nèi)，還有約30％的人自然流產(chǎn)，原因無(wú)從得知。

 

　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)希望借助胚胎干細(xì)胞，生成人類早期胚胎的“復(fù)制品”，模擬胚胎自然發(fā)育，尋找早期流產(chǎn)和胎兒先天性缺陷的成因。此外，胚胎模型也有助于解釋細(xì)胞分化的機(jī)制，促進(jìn)再生醫(yī)學(xué)發(fā)展。

 

　　近期，上述四個(gè)研究團(tuán)隊(duì)都表示在實(shí)驗(yàn)室生成了著床后的胚胎模型，主要差別在于實(shí)驗(yàn)方式的不同。澤尼克-格茨團(tuán)隊(duì)使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將兩個(gè)成熟細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具有胚胎形態(tài)的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，再與一個(gè)胚胎干細(xì)胞結(jié)合，生成胚胎模型。易卜拉欣卡尼團(tuán)隊(duì)則對(duì)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞進(jìn)行基因改造，形成胚胎和胚外組織，模擬胚胎發(fā)育。李天晴向《中國(guó)新聞周刊》介紹，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)模擬囊胚的結(jié)構(gòu)，將三種胚層細(xì)胞組合，使其在合適實(shí)驗(yàn)條件下，生成人類胚胎模型，“在外觀和結(jié)構(gòu)上和人類真實(shí)的胚胎非常相似”。漢納團(tuán)隊(duì)與李天晴團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)方式相似。

 

　　但目前，這四項(xiàng)研究均未通過(guò)同行評(píng)議。當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月16日，多位發(fā)育生物學(xué)家通過(guò)英國(guó)非營(yíng)利機(jī)構(gòu)《科學(xué)媒介中心》，表達(dá)了對(duì)澤尼克-格茨和漢納團(tuán)隊(duì)預(yù)印本論文的看法。德國(guó)馬斯克·普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)研究所博士杰西·維弗利特認(rèn)為，漢納團(tuán)隊(duì)使用化學(xué)混合物將胚胎干細(xì)胞帶入正確的狀態(tài)，似乎比使用轉(zhuǎn)基因效果更好。巴塞羅那大學(xué)遺傳學(xué)教授杰瑪·馬凡尼也認(rèn)為，從預(yù)印本來(lái)看，漢納團(tuán)隊(duì)的胚胎模型結(jié)構(gòu)上更像自然胚胎，而澤尼克-格茨小組胚胎模型的結(jié)構(gòu)較差。

 

　　在傅劍平看來(lái)，這四個(gè)小組的成果，尤其是漢納團(tuán)隊(duì)和李天晴團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的模型，能夠模擬完整的人類胚胎從著床到原腸胚開(kāi)始階段，是這些研究與過(guò)去相比最令人振奮的地方。

 

　　合成人類胚胎模型已發(fā)展多年。2017年3月，澤尼克-格茨團(tuán)隊(duì)在美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表研究成果，其團(tuán)隊(duì)將小鼠的胚胎干細(xì)胞和滋養(yǎng)層干細(xì)胞放在同一個(gè)培養(yǎng)皿中，讓它們“對(duì)話”，這些干細(xì)胞自主發(fā)育，實(shí)現(xiàn)了人類第一次在體外構(gòu)建人造小鼠胚胎。李天晴告訴《中國(guó)新聞周刊》，澤尼克-格茨的實(shí)驗(yàn)是該領(lǐng)域極為重要的突破，此后，越來(lái)越多團(tuán)隊(duì)投身合成胚胎的研究。

 

　　2017年，傅劍平研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了第一個(gè)三維的人類胚胎模型，類胚胎發(fā)展到第二周，形成了羊膜囊及原腸胚開(kāi)始發(fā)育的一些特征。不過(guò)，傅劍平向《中國(guó)新聞周刊》介紹，當(dāng)時(shí)，他們團(tuán)隊(duì)的成果缺乏構(gòu)成胎盤(pán)的滋養(yǎng)層細(xì)胞，生成的是一個(gè)不完整的胚胎模型。

 

　　此外，科學(xué)家也在努力延長(zhǎng)胚胎模型在體外的存活時(shí)間。2021年，美國(guó)得克薩斯西南醫(yī)學(xué)研究中心教授吳軍團(tuán)隊(duì)和澳大利亞蒙納士大學(xué)教授何塞·波羅團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志分別發(fā)表論文，生成了完整的囊胚模型。李天晴介紹，直到2022年，相關(guān)研究還停留在類囊胚階段，讓類囊胚持續(xù)發(fā)育到著床，效果并不好。

 

　　2022年9月，漢納和澤尼克-格茨團(tuán)隊(duì)先后利用小鼠胚胎干細(xì)胞生成胚胎模型，與受精第8.5天的真實(shí)小鼠胚胎相似。澤尼克-格茨團(tuán)隊(duì)表示，合成小鼠胚胎發(fā)育出了大腦和跳動(dòng)的心臟，相當(dāng)于進(jìn)入人類胚胎的原腸胚階段。這些突破直接推動(dòng)了人類胚胎模型的發(fā)展。漢納團(tuán)隊(duì)在預(yù)印本中提到，此次研究，他們重復(fù)了合成小鼠胚胎的方法。在傅劍平看來(lái)，此次四個(gè)團(tuán)隊(duì)能幾乎同時(shí)產(chǎn)出研究成果，正是因?yàn)?ldquo;萬(wàn)事俱備”。該領(lǐng)域的研究者已經(jīng)可以將自然人類胚胎體外培養(yǎng)時(shí)間從7天延長(zhǎng)到14天，而且，相關(guān)研究在小鼠和非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物胚胎模型的方向上取得了突破進(jìn)展。如今很多相關(guān)技術(shù)開(kāi)始運(yùn)用到人類胚胎模型上。

 

　　但多位專家強(qiáng)調(diào)，目前的人類胚胎模型，并不等于真實(shí)的人類胚胎。檢驗(yàn)人類胚胎模型與自然胚胎是否相似，一個(gè)核心標(biāo)準(zhǔn)是，驗(yàn)證合成胚胎模型能否持續(xù)發(fā)育，成長(zhǎng)為胎兒。但因技術(shù)和倫理限制，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室只能將合成胚胎模型培養(yǎng)至第14天便銷毀。傅劍平介紹，目前，研究者只是觀察胚胎模型的形狀、細(xì)胞數(shù)量和組成、細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)是否與自然胚胎相似。在此前提下，研究者還會(huì)觀察模型的蛋白質(zhì)、基因表征等，進(jìn)一步判斷兩者相似度。

 

　　李天晴告訴《中國(guó)新聞周刊》，他們將合成的人類胚胎模型與自然胚胎發(fā)育的照片對(duì)比，觀察到兩者結(jié)構(gòu)高度相似，“但結(jié)構(gòu)相似不代表它們是一樣的”。這其中的一大難題是，合成人工胚胎的研究尚處于初步階段，“我們甚至都不知道，受精后第二周的人類自然胚胎長(zhǎng)什么樣，沒(méi)有參考資料，也缺乏研究手段”。李天晴介紹，此次研究中，他們優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，顯著提升了類胚胎存活到14天的有效率，但對(duì)哪些因素會(huì)影響胚胎發(fā)育，仍需進(jìn)一步研究。

　　胚胎模型會(huì)長(zhǎng)成嬰兒?jiǎn)幔?/div>