北京時間 3 月 25 日訊息，科學家近日成功利用人類幹細胞模擬了胚胎髮育的早期階段。

多支研究團隊各自獨立地發表報告稱，自己培育出了形似人類囊胚的細胞團（囊胚約於卵子受精四天後形成）。兩支團隊在 3 月 17 日的《自然》期刊上發表了自己的研究成果。而就在一週之前，還有兩支團隊也在論文預印網站 bioRxiv 上釋出了類似的成果，但尚未經過同行評審。這些實驗為我們提供了一個瞭解人類發育過程中關鍵時間點的機會，也讓我們無需用人類胚胎做實驗、便可更好地瞭解流產與不孕不育問題。

“這是一個重要的里程碑。”密歇根大學生物工程師傅劍平指出。

多支研究團隊利用人類幹細胞培育出瞭如圖所示的類人囊胚

科學家目前對胚胎髮育早期階段的瞭解部分來自於對人類胚胎的研究。但出於道德倫理考慮，這些胚胎的使用存在限制，受到嚴格監管。科學家指出，由於在實驗室中用人類幹細胞培育的囊胚與人類胚胎存在區別，因此也許可以避開人類胚胎研究受到的那些限制，從而能更多地開展這類研究工作。他們並不認為這些類似囊胚的結構有能力發育成為完整胚胎。

研究人員此前曾在實驗室中用小鼠幹細胞培育出過囊胚，但小鼠的發育路徑與人類不同，因此培育出的結構並不適合研究人類發育。

而上述最新研究 “成功將所有要素結合在了一起，建立起了胚胎髮育最早期的模型。”加拿大多倫多兒童醫院發育生物學家簡妮特 · 洛桑特表示，“我們對這一階段的瞭解相當欠缺。”

侷限

受孕之後，囊胚會在第 7 或第 8 天時植入子宮壁，最外層細胞後續會逐漸發育為胎盤，內側的細胞團則會發育成胚胎。

科學家此前曾用人類胚胎幹細胞觀察過胚胎在第 18 至 20 天的發育情況。但新開展的這些實驗則將觀察時間進一步提前，在目前實驗室培育出的模型中，其所處發育階段最早。

科學家對這一階段的瞭解，部分程度上來自在實驗室中對 13 天以內的人類胚胎的研究。有十幾個國家的法律法規、以及國際幹細胞研究學會（ISSCR）的指導方針都將實驗室培育胚胎的時間限定在受精後 14 天以內。此時，囊胚已經完成移植，胚胎中開始出現 “原線”，標誌著細胞開始分化、變得更加多樣和複雜。

在其中一項發表在《自然》上的研究中，一支由德克薩斯大學西南醫學中心與昆明醫科大學組成的研究團隊用一系列生長因子對人類幹細胞進行了處理，使之形成人造的 “類人囊胚”。他們使用的是從人類胚胎中提取的幹細胞、以及由成人面板細胞轉化而成的幹細胞，二者都取得了成功。

人類囊胚會在第 7 或第 8 天時植入子宮壁

在另一項研究中，澳大利亞莫納什大學的何塞 · 波羅與同事們則對成人面板細胞進行了重新編輯，由此生成了一系列不同細胞的混合物，其中有些進一步發育形成了類人囊胚。

“類人囊胚真的完全等同於人類胚胎嗎？”美國萊斯大學幹細胞生物學家阿里耶 · 瓦姆弗萊士提出，“肯定不是。那它是研究囊胚階段胚胎的理想模型嗎？我認為有可能。”

兩支團隊培育出的人造結構都與真正的囊胚類似，中心形成了一個空腔，一角分佈著一堆細胞（在真正的囊胚中，這些細胞會繼續發育為胚胎組織）。他們培育的結構中還包含構成囊胚的三種標誌性細胞型別。不僅如此，他們還設法讓這些類人囊胚 “移植”到了塑料膜上，並在進一步發育之後、達到了類似人類囊胚移植到子宮壁之後的狀態。

這套流程在傅劍平等研究人員看來十分熟悉。他曾在培育小鼠類囊胚的過程中見過類似的方法。“無論如何，這的確是至關重要的一步。”

另外兩支發表了預印論文的研究團隊利用的則是多能幹細胞，也取得了類似的研究成果。

“我們希望今後能通過這套模型，進一步瞭解人類發育的早期階段，以及弄清不同的基因功能和突變情況。”德克薩斯大學西南醫學中心分子生物學家吳軍指出。他帶領了發表在《自然》期刊上的其中一項研究。

解決方案

不過，這些研究團隊都承認，自己的方法尚有改進的餘地。發表在《自然》上的兩項研究都表示，在經過重新編輯或轉化的細胞中，只有約 10% 可以發育成類人囊胚。並且兩支團隊都承認，他們培育出的結構中存在一些人類囊胚中一般不包含的細胞。

“這是個不錯的開端。”洛桑特這樣評價道。但考慮到上述因素，“可以預見，這些研究可能不大容易複製。”

在《自然》上發表報告的兩支團隊都嚴格遵守了 14 天的限制，在自己培育的結構達到人類胚胎髮育兩週的同等水平後，沒有讓它們進一步生長下去。

不過有一些發育生物學家認為，這些人造結構與人類胚胎存在一點關鍵區別。科學家並不認為這些結構能夠存活，主要是因為有證據顯示，小鼠類囊胚在移植到小鼠子宮中之後，並未進一步發育成胚胎。

但它們與人類囊胚的相似程度仍然引發了一些倫理問題。國際幹細胞研究學會已經意識到了這一點，將於今年五月釋出針對類胚胎結構研究的修訂版指導方針。

由於這些模型結構極其精細複雜，發育潛能充滿了不確定性，且人們尚不知是否該將其作為真正的胚胎來對待，相關研究很難獲得資金贊助。例如，美國國立衛生研究院就以迪基維克法案（該法案禁止政府贊助涉及創造或摧毀人類胚胎的研究）為由，不願為這類研究提供資金。但研究人員提出，這些人造結構與天然人類胚胎不同，呼籲該機構對資金贊助標準進行澄清。

去年，該機構的政策辦公室在華盛頓召開了一次會議，邀請美國國家學院的頂尖研究人員參會，共同探討該領域的關鍵里程碑。就在本月，美國國立衛生研究院科學政策主任凱莉 · 沃利內茲表示，該機構將考慮為模擬胚胎髮育的幹細胞模型結構研究提供贊助，不過屆時還要具體案例具體分析。