劍橋大學(xué)的科學(xué)家們利用兩種干細(xì)胞，以及干細(xì)胞生長的3D支架，在培養(yǎng)基中創(chuàng)建出了一種類似于小鼠胚胎的結(jié)構(gòu)。這對于了解胚胎發(fā)育最早期階段具有重要意義，也有助于解釋為何三個以上的個體無法完成這個過程。

這一研究成果公布在3月3日的Science雜志上，領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是劍橋大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家Magdalena Zernicka-Goetz，她一直致力于研究生命之初的秘密，建立了多種培養(yǎng)和觀察胚胎發(fā)育的方法。

哺乳動物的卵細(xì)胞一旦經(jīng)由精子受精，就會開始多次分裂，產(chǎn)生一個小的自由浮動的干細(xì)胞球。這一特殊的干細(xì)胞未來將會決定機(jī)體的命運(yùn)，胚胎中的胚胎干細(xì)胞簇（ESCs）開始發(fā)育，這個發(fā)展階段被稱為胚泡blastocyst。胚泡中其它兩種類型的干細(xì)胞是胚胎外滋養(yǎng)層干細(xì)胞（TSCs），TSCs將會形成胎盤，而原初內(nèi)胚層干細(xì)胞將會形成卵黃囊（yolk sac），確保胎兒的器官正常發(fā)育，提供必需的營養(yǎng)。

之前科學(xué)家們曾嘗試僅利用ESC培養(yǎng)胚狀結(jié)構(gòu)，但獲得的結(jié)果有限。因?yàn)樵缙谂咛グl(fā)育需要不同類型的細(xì)胞彼此緊密地協(xié)調(diào)。最新研究則將遺傳修飾后的小鼠ESCs和TSCs結(jié)合在一起，并連同細(xì)胞外基質(zhì)一起培養(yǎng)胚胎，最終得到了能自我組裝，并且發(fā)育與構(gòu)架都與自然胚胎非常類似的人工“胚胎”結(jié)構(gòu)。

Zernicka-Goetz教授指出，“胚胎和胚胎外胚層細(xì)胞會進(jìn)行密切交流，從而構(gòu)建出類胚胎結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)具有解剖學(xué)上正確時間和地點(diǎn)發(fā)育的區(qū)域。”

研究人員將這一人工“胚胎”與正常發(fā)育的胚胎進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)它們都具有相同的發(fā)育模式。干細(xì)胞能自我組織，一端是ESCs，另一端是TSCs，在它們連接在一起之前，每個細(xì)胞簇會打開一個空腔，最終形成一個大的前羊膜腔（pro-amniotic cavity），用以胚胎發(fā)育。

不過雖然這一人工“胚胎”與真實(shí)胚胎很相似，但是研究人員指出它不會進(jìn)一步發(fā)育成健康的胎兒，因?yàn)檫@可能需要第三種形式的干細(xì)胞，幫助有卵黃囊的發(fā)育，而且這一系統(tǒng)也沒有經(jīng)過優(yōu)化，可以進(jìn)行正常的胎盤發(fā)育。

這項(xiàng)研究的關(guān)鍵一項(xiàng)技術(shù)就是Zernicka-Goetz教授新研發(fā)的允許胚泡在體外超過植入階段發(fā)育的技術(shù)，因此研究人員能第一次分析受精后13天人類胚胎發(fā)育的關(guān)鍵階段，她認(rèn)為這將有助于克服人類胚胎研究的主要障礙之一：胚胎短缺。目前研究胚胎主要是通過IVF診所捐贈的卵細(xì)胞發(fā)育而來。

“我們認(rèn)為，采用相同的方法可以模擬人類胚胎干細(xì)胞和胚外干細(xì)胞，研究胚胎發(fā)育14天發(fā)生的發(fā)育事件。這將能幫助我們研究人類發(fā)育這一關(guān)鍵階段的關(guān)鍵事件，了解正常發(fā)育過程將有助于解釋為何這一階段會經(jīng)常出錯。”