由澳大利亚墨尔本蒙纳士大学牵头的一个国际科学家团队第一次从皮肤细胞中生成了人类胚胎模型,这一发现将彻底改变对早期流产、不孕不育原因的研究以及关于人类早期发育的探索。
JosePolo教授领导的这个研究团队成功地将这些成纤维细胞或皮肤细胞重编程为一种在形态和分子上类似于人类囊胚的三维细胞结构。这些被称为iBlastoids的结构可用于在实验室环境中模拟人类早期胚胎的生理过程。
这项研究成果于今日发表在《自然》(Nature)杂志上。研究团队的领导是来自蒙纳士大学生物医学发现研究院和澳大利亚再生医学研究院的Polo教授,团队成员包括论文第一作者Xiaodong(Ethan)Liu博士和博士生JiaPingTan,以及澳大利亚的合作研究人员——蒙纳士大学的JenniferZenker博士和西澳大学的RyanLister教授的两个团队,以及国际合作研究人员——新加坡杜克国立大学的OwenRackham副教授和美国加州大学洛杉矶分校的AmanderClark教授。
这一成果对未来探索人类早期发育和不孕不育研究是一个重大突破。到目前为止,研究这类“生命孕育之初”课题的唯一方法是使用通过试管婴儿技术获得的珍稀难得的囊胚。
“iBlastoids将让科学家有机会研究人类发育的最早期阶段、不孕不育和先天性疾病的某些原因,以及毒素和病毒对早期胚胎的影响,而不再需要使用人类囊胚,而且重要的是,其以一种前所未有的规模加速了我们的认知和对新疗法的研发,”Polo教授说。
Polo教授的实验室成功利用一种名为“核重编程”的技术生成了iBlastoids,使其能改变人类皮细胞的细胞身份。这些细胞放置在被称为细胞外基质的三维“胶质”支架中时,就会有序地形成类似囊胚的结构,因此得名iBlastoids。
iBlastoids能模拟人类囊胚的整体遗传构造和结构,包括一个由外胚层细胞组成的内细胞团状结构,周围是一层滋养外胚层状细胞和一个类似囊胚腔的腔体。在人类胚胎中,外胚层会继续发育成胚体,而滋养外胚层则发育成胎盘。
然而,“iBlastoids并不完全等同于囊胚。例如,早期囊胚被封闭在透明带内,这是从卵子衍生出来的一层膜,会在受精过程中与精子相互作用并随后消失。而iBlastoids来自成年人的成纤维细胞,因此没有透明带,”他说道。这篇《自然》论文的主要作者,Polo实验室的博士后研究员Xiaodong(Ethan)Liu博士表示,“只有当所有数据汇总在一起并指向同一处时,我们才敢相信我们有了这样的发现。”共同第一作者、Polo实验室的博士生JiaPingTan补充道:“我们感到非常惊奇,皮肤细胞居然可以被重编程为这种类似囊胚的三维细胞结构。”
在这项研究发表之际,国际干细胞研究学会(InternationalSocietyforStemCellResearch)正要发布《人类胚胎体外建模研究指导原则》。此前在2017年和2018年,英国和荷兰科学家曾发表过小鼠“囊胚”的体外生成,以及生成可复制早期胚胎发育特征的人类干细胞的研究进展,这些指导原则预计将在今年上半年发布。
目前尚不清楚新指导原则是否会提及今天发表在《自然》杂志上的研究。这是我们首次得到一体化干细胞模型,它贴切地模拟了人类早期胚胎的关键命运和时空决策。
然而,学会在去年2月(2020年)发表在《干细胞报告》(StemCellReports)上的一篇论文中指出:“如果能够开发出人类早期胚胎的这种模型,这将对理解人类早期发育、探索生物医学科学,以及减少研究中使用动物和人类胚胎具有很大的潜在益处。但是,适用于这方面工作的伦理行为指导原则尚缺乏明确的规定。”
尽管在使用如iBlastoids等人类囊胚一体化干细胞模型方面没有法律先例,但所有实验都得到了蒙纳士大学人体实验伦理委员会(MonashUniversityHumanEthics)批准,符合澳大利亚法律和国际指导原则,其中的“原条规定”禁止在胚胎发育过程中第14天出现的短暂结构——原条出现之后继续培养人类囊胚。
根据这些法规建议,虽然iBlastoids与囊胚不同,但Polo实验室并未在第11天后在体外培养iBlastoids,并密切监测它们是否出现与原条相关的基因。人类早期胚胎未能着床或在着床后未能发育都会引起不孕症和流产。这些情况发生在受孕后的前两周,所以女性甚至不知道自己已经怀孕。这类“悄无声息的”流产很可能占到了流产总数的很大一部分,根据Polo教授的说法,生成iBlastoids提供了一个使我们能深入了解这一妊娠早期阶段的模型体系。
蒙纳士大学医学院研究副院长RossCoppel教授指出,这一发现将允许我们制定更好的试管婴儿方法和胚胎基因治疗方案,并发展出更周详的新药筛选方法。“随着我们开展进一步的研究和得到合适的资源,这一发现可以在澳大利亚和国际上开辟全新的产业。”
责任编辑：王彩屏
原标题：澳大利亚牵头的国际研究团队从皮肤细胞中生成首个人类早期胚胎模型
