首次不藉助卵細胞製造出胚胎模型：幹細胞進展

這是第一次完全不用卵子而成功用幹細胞培養出類似胚胎的模型。

來源 New Scientist

撰文 Andy Coghlan

翻譯 陸妍婷

審校 董堃

48小時（右）和96小時後的人造小鼠胚胎 ，其中胚胎組織為紅色，胚胎外組織為藍色。

圖片來源：Sarah Harrison 和Gaelle Recher，來自劍橋大學的Zernicka-Goetz 實驗室。

由體外培養幹細胞發育而來的人造小鼠胚胎能夠幫助我們理解早期胚胎髮育的具體歷程，並有望解決困擾人類的不育問題。

劍橋大學的 Magdalena Zernicka-Goetz 和她的團隊用胚胎幹細胞製作了胚胎，這種細胞擁有發育成身體中任意組織的能力。

然而僅有胚胎幹細胞是無法在實驗室中得到人造胚胎的，培養過程的關鍵是將會長成胚盤的滋養層幹細胞一同培養。先分別培養兩種細胞，然後在一個特殊的凝膠基質上將它們結合，隨後這兩者構成的混合物開始共同生長。

大約四天半後，胚胎便與正常小鼠胚胎無二，即將分化成不同的身體組織和器官。

「它們與正常的小鼠胚胎非常相似。我們採用了之前從未嘗試過的實驗方法，把兩種幹細胞放在一起培養，使其互相影響。結果證明，這些細胞有能力在不藉助外力的情況下自我組織。」Zernicka-Goetz 說道。

這是第一次完全不用卵子而成功用幹細胞培養出類似胚胎的模型。其他技術如在多利羊和其他動物上實現的克隆，雖然不需要使用精子，但仍無從避開對卵子細胞的需求。

軀體計劃

人造胚胎為胚胎是如何自我組織及生長的提供了新的視角。該團隊對人造胚胎進行了改造，使細胞發出不同顏色的熒光，進而揭示它們在胚胎經歷關鍵變化時的運動和行為。

已知哺乳動物胚胎始於對稱的球狀胚，然後拉長在中央形成一個空腔，逐漸長成中胚層，最終長成骨骼和肌肉。

「在此前我們不知道胚胎的空腔是如何形成的，但現在我們找到了它形成的機制以及形成的次序，這構建了整個計劃的基礎。」 Zernicka-Goetz 說道。

「這項工作在幹細胞領域做出了巨大貢獻並且這項成果可以用來擴大人類幹細胞庫。通過這個系統，可以更好地研究胚胎生長的影響因素並可以幫助我們了解胚胎形成初期的具體過程。」馬薩諸塞州波士頓兒童醫院的LeonardZon如是說。

但倫敦弗朗西斯·克里克研究所的Robin Lovell-Badge卻說這種胚胎尚缺乏其他兩種發育成身體器官所必須的細胞層，一種是外胚層，隨後發育成皮膚和中樞神經系統；另一種是內胚層，後期發育成內部器官。

Zernicka-Goetz希望在未來的實驗中通過加入能發育成卵黃囊的幹細胞來獲得這兩種細胞層。

隱藏環節

如果使用人類幹細胞可以取得類似成果，我們將能了解更多關於我們自身發展的最初環節。目前的研究受限於為數不多的體外受精捐贈的多餘胚胎。而新的技術可以實現胚胎的無限供應，使得深入的研究更易實施。並且人造胚胎也將有助於研究影響早期胚胎形成的多種因素。

干擾體外培養胚胎的生長過程為胚胎異常發育和流產原因的研究提供了新視角。「你能夠有機會認知胚胎生長發育每一步的控制原理。這在之前是無法想像的，因為你並不能觀察到胚胎在母親肚子里發育的過程」Zernicka-Goetz說道。

但這項工作能否實現在實驗室中生長出完整的嬰兒還值得懷疑。Lovell-Badge指出，人造胚胎不太可能在發育得比在這項研究中所提到的更久，因為它們很快就會需要大量的營養和氧氣供應，而人工培養實在難以模擬母親的體內環境。

研究人員並無在實驗室中製造出一隻小鼠的計劃。但是他們仍希望通過添加卵黃囊幹細胞使人造幹細胞能夠發育出心臟的基本雛形。

https://www.newscientist.com/article/2123360-artificial-embryo-grown-in-a-dish-from-two-types-of-stem-cells/

論文基本信息

【題目】Assembly of embryonic and extra-embryonicstem cells to mimic embryogenesis in vitro

【作者】Sarah Ellys Harrison, Berna Sozen,Neophytos Christodoulou et al.

【刊期】Science

【日期】Mar. 02. 2017

【DOI】10.1126/science.aal1810

【摘要】Mammalian embryogenesis requires intricateinteractions between embryonic and extra-embryonic tissues to orchestrate andcoordinate morphogenesis with changes in developmental potential. Here, wecombine mouse embryonic stem cells (ESCs) and extra-embryonic trophoblast stemcells (TSCs) in a 3D-scaffold to generate structures whose morphogenesis isremarkably similar to natural embryos. By using genetically-modified stem cellsand specific inhibitors, we show embryogenesis of ESC- and TSC-derived embryos,ETS-embryos, depends on crosstalk involving Nodal signaling. When ETS-embryosdevelop, they spontaneously initiate expression of mesoderm and primordial germcell markers asymmetrically on the embryonic and extra-embryonic border, inresponse to Wnt and BMP signaling. Our study demonstrates the ability ofdistinct stem cell types to self-assemble in vitro to generate embryos whosemorphogenesis, architecture, and constituent cell-types resemble naturalembryos.

【鏈接】http://science.sciencemag.org/content/early/2017/03/01/science.aal1810

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