Nature揭开胚胎研究“黑匣子”：首个由人类干细胞创建的人类拟胚胎模型

时间：2020-06-12 00:00:00 来源：网络整理

剑桥大学的科学家与荷兰Hubrecht研究所合作，开发了一种新的模型，可以使用人类胚胎干细胞研究人类发育的早期阶段。该模型能模拟大约18-21天大的胚胎的一些关键元素，从而研究人员能够观察到以前从未直接观察到的人体形成过程。了解这些过程有可能揭示人类先天缺陷和疾病的原因，通过为孕妇开发这些测试就可以避免出现这些疾病。

The human body plan也就是生物体的蓝图，是通过称为“gastrulation（原肠胚形成）”的过程产生的。在这个过程中，胚胎中会形成三层不同的细胞层，这些细胞层随后形成人体的所有主要系统：外胚层形成神经系统，中胚层形成肌肉，内胚层形成肠道。

Gastrulation通常被称为人体发育的“黑匣子”时期，因为法律限制不允许该时期开始的第14天后实验室进行人类胚胎的培养。这一限制设定在胚胎不再变化形成双胞胎的阶段。

许多先天缺陷在此“黑匣子”时期起源，其原因包括酒精，药物，化学药品和感染。更好地了解人类的这一时期可以阐明许多医学问题，包括不育，流产和遗传疾病。

负责这项研究的剑桥大学遗传学系教授Alfonso Martinez-Arias表示：“我们的模型有助于生成人体一部分蓝图。能看到迄今为止一直被研究限制所掩盖的发育过程，真是令人兴奋。”

这一研究发现公布在Nature杂志上，描述了一种利用人类胚胎干细胞产生三维组装细胞的方法。

在这篇文章中，研究人员为了在实验室中制造拟原肠胚（gastruloids），他们将一定数量的人类胚胎干细胞放在小孔中，在那里形成紧密的聚集体。在用化学信号处理后，可以看到类固醇沿头到尾轴（称为anteroposterior axis）延长，从而开启了这条轴上特定模式的基因，反映了哺乳动物的机体蓝图。

包括小鼠和斑马鱼在内的模型生物先前已经帮助科学家能够对人类的原肠胚有所了解。但是，当细胞开始分化时，这些模型的行为可能与人类胚胎不同。动物模型对某些药物的反应也可能不同：例如，抗晨吐药物沙利度胺经过小鼠测试后通过了临床试验，但随后导致了人类严重的先天缺陷。因此，开发更好的人体发育模型很重要。

这些拟原肠胚不能发育成完整的胚胎。它们没有脑细胞或子宫内植入所需的任何组织。这意味着它们将永远无法超越发育的早期阶段，因此符合当前的道德标准。

研究人员通过观察在发育中72小时后这些人类拟原肠胚中表达了哪些基因，可以发现了该事件的明显特征，产生的重要身体结构，例如胸肌，骨骼和软骨，但它们并未发育出脑细胞。

研究人员通过将它们与Carnegie Collection of Embryology相比较，来判断拟原肠胚的等效人类胚胎年龄。这些数据包含人类胚胎的连续发育过程，包括在头八周内的日常生长。

Naomi Moris博士说：“这是一个非常令人兴奋的新模型系统，它将使我们能够首次在实验室中揭示和探究人类早期胚胎发育的过程。”“我们这一系统是对人体发育蓝图解析建模的第一步，并且可能被证明对研究发生错误（例如先天缺陷）时发生的情况很有用。”

（生物通：万纹）

原文标题：

An in vitro model of early anteroposterior organization during human development

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