由人类干细胞产生的胚状结构

生物学家已经开发出一种利用人类干细胞制造模仿早期胚胎的结构的方法。胚样结构是最早产生基本生殖细胞的结构。并且也经历了类似于人类早期发展的其他几个里程碑的阶段。

研究小组正在寻求制造更加复杂的人造胚胎样结构,这些结构可用于繁殖,而不是用于繁殖,而是用于研究早期胚胎发育。今天在Nature1上发表的最新的制造这些结构的方法具有比以前的尝试更高的成功率,并且可以按需可靠地生产它们。

负责最新研究的密歇根大学生物工程师傅建平说,使用这些结构进行研究应该比处理体外受精(IVF)程序遗留的胚胎更具争议性。

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制药公司还可能有一天使用这些结构来测试药物对孕妇是否安全。而且医生可以使用它们来调查为什么某些女人有多次流产。

加利福尼亚大学洛杉矶分校的干细胞生物学家阿曼德·克拉克(Amander Clark)说:“他的研究可以帮助理解和帮助防止早孕流产。”她补充说:“现在,早孕反复发作的女性应该希望科学家们正在研究有助于理解这种现象发生原因的方法。”

但是这项研究可能会引发自己的伦理问题。尽管这些结构无法长成一个人,但它们在实验室中发展出一些特征,某些人认为胚胎成为个体的关键点。

时间就是一切

两年前,Fu报告[3]使用人类多能干细胞(PSC)的集落制作了他的第一个胚胎样结构,其中一些来自胚胎,另一些皮肤细胞重新编程为胚胎样状态。通过在适当的时间使用适当的生化信号混合,Fu能够哄骗PSC的集落(可以分化为其他细胞类型)来模仿第一步,即早期胚胎(大多数是同质细胞)变成各种组织类型。

这些结构还显示出发展出称为原始条纹的特征的早期迹象,该特征建立了头尾轴。

但是傅说,结果令人沮丧,因为该方法仅在大约5%的时间内起作用-不足以成为可靠的研究工具,更不用说对药物临床研究的帮助了。

为了更好地控制过程,Fu团队用一个装有不同物料通道的小型设备替换了用于培养PSC菌落的常规培养板。中间充满凝胶,并衬有固定PSC菌落的支撑柱。菌落通过另一个通道加载,第三个通道用于在精确时间传递几十个生化信号。

傅说,用这种方法生产的胚状结构比团队以前制造的结构更类似于天然胚。更好地定义了原始条纹,并出现了继续形成卵和精子的细胞前体。Fu说,胚状囊形成的时间占95%,结构发展和细胞变化几乎同时发生。他说:“看到以这种受控和同步的方式发展了10或15个结构,这真是令人惊讶。”

纽约洛克菲勒大学的物理生物学家埃里克·西吉亚(Eric Siggia)说,可靠性是这项研究最令人印象深刻的方面。Siggia说:“它非常强大”,他还制造合成的类胚胎结构。

Clark预计将使用合成胚胎样结构来增进对原始条纹形成方式的理解。她说:“这是人类生活中最重要,最不为人所知的事件之一。”

Fu的合成结构在短短四天内就显示出原始条纹的迹象。之后,由于结构超出了通道,他不得不停止实验,但是他计划改进自己的设备,以便囊可以进一步发展。

道德线

但是,这些合成结构中原始条纹的存在也可能引起争议,因为某些人认为这是胚胎成为一个人的时候。一些国家(例如美国)有指导原则,禁止在受精后14天(即原始条纹形成的时间)之后研究人类胚胎。包括联合王国在内的其他国家也有明确的法律禁止它。

美国国立卫生研究院(NIH)对于使用已发展成原始条纹的合成胚胎结构没有明确的研究政策。但是Fu和Siggia表示,他们的任何项目都没有得到资助。美国国立卫生研究院(NIH)在2019年呼吁进行一项关于大脑研究的提案,其中规定不能为合成胚胎的研究提供资金。傅说,“他引起了很多混乱和不确定性,使从事该领域工作的研究人员不愿申请美国国立卫生研究院的资助。”傅说,他的研究主要由他的大学资助。

美国国立卫生研究院的一位发言人对《自然》杂志说,使用合成胚胎结构的研究方案是逐案评估的。

帕萨迪纳加州理工学院的发育生物学家马格达莱纳·扎尼克·格茨说,有些国家可能会为这类研究引入法规。她说:“我们将不得不面对一个人类胚胎这个问题,以及这些模型是否真的有潜力发展成一个人类的问题。”

Fu,Siggia和Clark认为,由于人工合成的胚胎与完整的人类胚胎并不相同,因此它们不应遵守与试管婴儿诊所捐赠的规则相同的规则。Siggia说,类似胚胎的结构缺乏胎盘和其他对发育至关重要的细胞,因此不可能发育成人。他说:“即使没有引擎,也不想把四个轮子放在车架上,说这是一辆汽车。”

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