在探索人體發展奧秘的道路上，研究者從未停止，但受到材料來源和倫理的限制，人們對人類胚胎髮育的研究相對有限。
而研究人類胚胎的發育機制，尤其是最早期囊胚的形成與發育過程，又恰是分析和解決早期流產、不孕不育和出生缺陷等臨床問題的關鍵途徑。
如今，科學家在體外成功構建了完整的人囊胚樣結構 —— 類似於早期人類胚胎的結構。
近日，Nature將這一重大突破作為封面內容刊發，並分別釋出了美國德克薩斯大學西南醫學中心助理教授吳軍團隊，以及澳大利亞莫納什大學解剖與發育生物學系教授 Jose M。 Polo 團隊研究內容。兩個團隊採用不同方案，分別獨立地在體外成功構建出了人囊胚樣結構。
同日，Nature還刊登了一篇關於 “人造子宮” 的研究成果，來自以色列魏茨曼科學研究所的團隊從懷孕 5 天的小鼠身體中取出胚胎，在其設計的 “人造子宮” 裡成功培育了 6 天。在生命的第 11 天，胚胎長出了心臟、頭部和四肢。
儘管研究初衷是集中展現人囊胚樣結構以及 “人造子宮” 研究成果，但這些研究還是引起了網友的熱烈討論：既然體外構建的早期囊胚樣結構與真正的囊胚相似，那是否也能夠在體外形成胚胎？女性生育“解放”的時代是否即將到來？
關於上述討論，吳軍告訴生輝：“
目前這還只能是科幻故事，以現在的技術是做不到的。
”
圖 | 吳軍（來源：受訪者提供）
用胚胎幹細胞體外分化形成 “囊胚”
囊胚主要由上胚層細胞、原始內胚層細胞和滋養層細胞三種類型的細胞構成，人類也不例外。但人類囊胚難以獲取，再加上倫理限制，人們多以小鼠囊胚研究人類早期發育。
然而人體的發展畢竟和小鼠相差甚遠，所以人們一直在嘗試合成人類囊胚的方法，以供研究。
在體外成功合成人類囊胚樣結構的吳軍及 Jose M。 Polo 團隊分別利用人體初始多能幹細胞和經過重程式設計的成人成纖維細胞培養而成。
吳軍表示，在體外合成人類囊胚樣結構的難點其實在於如何生成接近人囊胚的上胚層細胞、原始內胚層細胞和滋養層細胞三種類型的細胞，並且讓它們出現在正確的位置上。
“我們的目標是在體外實現空間和時間上再現囊胚結構。” 吳軍團隊論文其中一位一作於樂謙提到，“我們是想要在體外生成這三種細胞，讓這三種細胞在各自正確的位置上，並且需要這三種細胞在整個發育過程中不同時期的狀態保持和體內類似。”
圖｜於樂謙（來源：受訪者提供）
為了達成這一目標，他們選擇採用能夠在不同的細胞訊號通路調控下分化為上述三種組織的初始多能幹細胞（包括胚胎多能幹細胞和誘導性多能幹細胞），讓其在誘導分子的加持下，動態向原始內胚層細胞和滋養層細胞進行分化。以此，從均質化的細胞一步步發育成人類囊胚樣的結構。
概括地說，囊胚樣結構的構建共經過兩個大的步驟：先是從初始多能幹細胞裡面誘匯出原始內胚層細胞，然後再更換相應的細胞因子，促進其分化成滋養層幹細胞。
“到大概 7-9 天的時候，我們發現培養皿裡面這三種細胞都有，而且其中部分細胞團塊已經自發組裝成類似於人囊胚的一種結構。” 吳軍表示，該結構其中一些標誌性基因的表達跟人的囊胚裡面是非常類似的。
圖 | 囊胚樣結構變化過程（來源：該論文）
並且，在獲得囊胚樣結構的同時，“
這個過程本身也模擬了部分胚胎早期發育的過程，對於研究人類早期胚胎髮育更加具有指導意義。
”
目標：培養功能性獨立人體器官
前文提到，對於體外構建的囊胚樣結構，人們對這一結構是否能夠進一步發育為胚胎甚至在體外培養成胎兒似乎更加感興趣。
但於樂謙強調，“我們這個類囊胚結構的組成以及基因表達和人胚胎非常相似，但它並不是胚胎。它沒有經過受精，也沒有經歷合子基因組啟用等早期胚胎髮育中非常關鍵的事件，所以也並不能發育成一個胎兒。” 他進一步舉例說，它就像是航空研究者們為了研究飛機而搭建的飛機模型。它沒有引擎，也不需要加油，但確實結構和飛機相仿，稱得上很好的研究材料。
圖丨類囊胚結構（來源：受訪者）
這種模型既能夠為研究人員提供足夠數量的材料，又可以避免此前採用人類胚胎的倫理問題。“不使用真正的人類胚胎進行研究，這在一定程度上是對生命的保護。”
其實，無論是吳軍團隊還是其他科學家，他們不斷嘗試合成 “囊胚” 都是為了進一步瞭解人類早期胚胎階段的發展，為解決相關疾病提供幫助。
吳軍表示，一方面，這種類囊胚結構可以為研究人員從人類早期胚胎髮育階段出發去分析、研究流產、畸形兒、女性受孕障礙等人類早期重大疾病提供一種具有與人類囊胚結構相似的、經過早期發育階段的胚胎幹細胞集合體，併為這些疾病提供可行性的治療方案。
並且，還可以在這種結構上建立藥物篩選模型，透過篩選針對早期胚胎髮育致畸和著床障礙的藥物，為進入臨床應用的孕婦藥品提供安全性和有效性模擬檢測。其中吳軍提到，“我們用 PKC - 抑制劑時，發現個別 PKC isozyme 會影響囊胚結構空腔的形成。”
另外，這個模型也能夠開啟一個領域 —— 透過胚胎幹細胞分化或者重程式設計產生一些可以用來移植的特異性組織。吳軍說，“這樣形成的組織更容易拿到，有可能共性也會更接近體內，達到的效果更好，我覺得這可能是我們的這個模型另外一個比較重要的應用方向。”
這也對應著他們的目標：“
希望透過幹細胞技術，獲取有功能性的獨立的人體組織和器官，為需要器官移植的患者提供合法有效的器官來源。
”
接下來，吳軍團隊將在該模型基礎上進一步提高囊胚結構形成的效率和類囊胚質量，同時嘗試在體外建立模型模擬囊胚著床的過程來理解和分析基因突變、訊號通路等影響，研究早期疾病的形成因素。
參考資料：
-End-
【往期】
更多業內新知和專業觀點，下載70%的生命科學人都在用的
生輝App
即刻體驗！
