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人造胚胎会迎来人工器官时代吗?   

科学家们已经在实验室中复制了哺乳动物胚胎发育的自然过程,直至大脑和心脏的发育。 使用干细胞,研究人员在子宫外创造了合成的小鼠胚胎,重现了子宫内直到 8.5 天的自然发育过程。 这是合成生物学的一个里程碑。 未来,这将指导人类合成胚胎的研究,进而 可以 迎来合成材料的开发和生产 机关 对于等待移植的患者。 

胚胎通常被理解为连续自然繁殖现象的中间发育阶段,由精子与卵子相遇形成受精卵,受精卵分裂成受精卵。 ,随后在妊娠完成后发育成胎儿和新生儿。  

胚胎细胞的进展 核转移 看到了精子跳过卵子受精步骤的例子。 1984年,胚胎被从卵子中培育出来,其中原始的单倍体细胞核被去除,并被供体胚胎细胞的细胞核所取代,该胚胎细胞在代孕者中成功发育,诞生了第一只克隆小羊。 随着体细胞核移植(SCNT)技术的完善,多莉羊于1996年由成熟的成年细胞培育而成。 这是第一例从成体细胞克隆哺乳动物的案例。 多莉的案例也开启了个性化干细胞开发的可能性。 在这两种情况下,都没有使用精子,但卵子(带有被替换的细胞核)成长为胚胎。 因此,这些胚胎仍然是自然的。  

可以在没有卵子参与的情况下创造胚胎吗? 如果是这样,这些胚胎将是合成的,以至于不使用配子(性细胞)。 如今,此类胚胎(或“类胚胎”或类胚)通常使用胚胎干细胞 (ESC) 产生并培养 细胞/组织 在实验室里。  

在哺乳动物中,小鼠的繁殖时间相对较短(19-21天),这使得小鼠胚胎成为一种方便的研究模型。 其中,植入前约 4-5 天,其余 15 天(约占总数的 75%)为植入后。 对于植入后的发育,胚胎必须植入子宫内,这使得外部观察无法进入。 这种对母体子宫的依赖给调查带来了障碍。    

2017年是哺乳动物胚胎培养史上具有重要意义的一年。 当研究人员清楚地证明胚胎干细胞具有自组装和自组织能力时,创造合成小鼠胚胎的努力得到了推动 细胞/组织 产生在重要方面类似于天然胚胎的胚胎样结构1,2。 然而,也存在一些局限性: 子宫 障碍。 植入前胚胎培养是常规的 细胞/组织 但是任何用于植入后小鼠胚胎(从卵圆柱阶段到晚期器官发生)的宫外培养的强大平台都不可用。 去年 2021 年,一个研究小组提出了一个培养平台,该平台对小鼠胚胎在母体子宫外的植入后发育有效,从而解决了这一问题。 发现在这个平台上体外生长的胚胎精确地概括了我子宫内 开发3. 这一发展克服了子宫障碍,使研究人员能够更好地了解植入后的形态发生,从而帮助合成胚胎项目进入高级阶段。 

现在,两个研究小组报告了人造小鼠胚胎的培养时间为 8.5 天,这是迄今为止最长的。这对于不同的人来说已经足够长了 机关 (如跳动的心脏、肠管、神经皱襞等)已发育。这一最新进展确实令人瞩目。  

正如 1 年 2022 月 XNUMX 日在《细胞》杂志上报道的那样,研究小组仅使用母体子宫外的幼稚胚胎干细胞 (ESC) 生成了小鼠合成胚胎。 他们共同聚集干细胞并使用最近开发的培养平台对它们进行长时间处理 宫外 生长以获得具有胚胎和胚胎外隔室的后原肠合成完整胚胎。 合成胚胎令人满意地达到了小鼠胚胎8.5天阶段的里程碑。 这项研究强调了幼稚多能细胞自组装和自组织以及模拟整个哺乳动物胚胎的能力。4

在 25 年 2022 月 8.5 日发表在《自然》杂志上的最新研究中,研究人员还使用胚胎外干细胞来扩展胚胎干细胞 (ESC) 的发育潜力。 他们使用小鼠 ESC、TSC 和 iXEN 细胞在体外组装合成胚胎,这些细胞确实概括了小鼠在子宫内的自然全胚胎发育到第 XNUMX 天。 这种合成胚胎已经确定了前脑和中脑区域、一个跳动的心脏样结构、一个包含神经管的躯干、一个包含神经中胚层祖细胞的尾芽、一个肠管和原始生殖细胞。 整个东西都在一个胚胎外囊内5. 因此,在这项研究中,与 1 年 2022 月 XNUMX 日在《细胞》杂志上报道的研究相比,器官发生更加先进和显着。也许,在本研究中使用两种类型的胚胎外干细胞增强了胚胎干细胞的发育潜力。 有趣的是,在早期的研究中只使用了幼稚的胚胎干细胞 (ESC)。  

这些成就确实了不起,因为这是迄今为止合成哺乳动物胚胎研究中的最远点。 创造哺乳动物大脑的能力一直是合成生物学的主要目标。 在实验室中重现植入后胚胎发育的自然过程,克服了子宫屏障,使研究人员能够研究通常隐藏在子宫中的生命的最早阶段。  

尽管存在伦理问题,但小鼠合成胚胎的研究成果将在不久的将来指导人类合成胚胎的研究,这可能会为等待移植的患者开发和生产合成器官。  

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参考文献:  

  1. 哈里森 SE 2017. 胚胎和胚胎外干细胞的组装以模拟体外胚胎发生。 科学。 2 年 2017 月 356 日。第 6334 卷,第 XNUMX 期。DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  
  1. Warmflash A. 2017。合成胚胎:哺乳动物发育的窗口。 细胞干细胞。 第 20 卷,第 5 期,4 年 2017 月 581 日,第 582-XNUMX 页。 DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   
  1. 阿奎莱拉-卡斯特雷洪,A., et al. 2021. Ex utero 小鼠胚胎发生从前原肠胚形成晚期器官发生。 自然 593, 119–124。 https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  
  1. 塔拉齐 S., 2022. 原肠胚形成后的合成胚胎从小鼠幼稚 ESC 中产生。 细胞。 发布时间:01 年 2022 月 XNUMX 日。DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 
  1. 阿马代,G., 2022. 合成胚胎完成原肠胚形成到神经形成和器官发生。 发布时间:25 年 2022 月 XNUMX 日。自然。 DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

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乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
科学记者| 《科学欧洲》杂志创始人编辑

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