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自然：打开生命黑匣！科学家首次利用人胚胎干细胞成功在体外构建原肠胚模型，可模拟18-21天时的早期胚胎发育丨科学大发现

多年来，科学家们在干细胞培育器官方面做了不少努力，也取得了很多进步，不过还是有很多人认为，由基因操控的人体发育的是精妙绝伦的，体外培养的器官根本做不到完美比拟。女的和女的可以生出孩子吗

姑且不论这种想法对不对，但人体发育的确称得上精妙绝伦，任谁也很难想象，精子和卵子结合形成的受精卵，一个甚至看不出底部和顶部的“小球体”，会经过分裂，在十几天后形成原肠胚，包含外胚层、中胚层和内胚层三个胚层，随后缓慢地发育成不同器官和组织。同性能有自己的孩子吗

对于科学家来说，人类早期胚胎发育是一个黑匣子，因为很多国家禁止人类早期胚胎培养14天以上的试验。t怀p卵能成功吗但麻烦的是，很多由酒精、药物、感染和化学物质导致的先天缺陷都是在这个黑匣子时期产生的，另外，一些遗传疾病、流产和不育问题，可能也和这一时期的发育有关。两个女的能生孩子吗

那怎么办呢？只能自己造了。拉拉怎么生孩子在本周的自然杂志上，来自英国剑桥大学和荷兰Oncode研究所的研究人员发表了研究成果，他们利用胚胎干细胞，构建出了首个人的类原肠胚模型（gastruloid）！这让研究人员可以观察到胚胎发育18-21天左右的发育情况。les代孕试管婴儿是双方卵子吗

研究的通讯作者之一，剑桥大学的发育生物学家NaomiMoris表示，这项研究最令人兴奋的结果在于，他们构建的模型成功形成了对称的横跨头尾轴的细胞群，遗传分析表明，这些细胞是最终会在躯干、椎骨、心脏和其他器官中形成肌肉的细胞。女的和女的能生孩子吗

这个模型将帮助研究人员搞清楚在发育过程中，导致缺陷和疾病的发育模式如何出现，以及在什么时候，在哪里出现。同性能生小孩吗“这是一个新的系统，它会为我们引出一系列的问题。”

其实类原肠胚的构建早在十几年前就开始了，2008年和2009年，两个团队分别成功构建了初步的小鼠类原肠胚。

之后，此次研究的另一名通讯作者，剑桥大学遗传系的AlfonsoMartinezArias教授在此基础上，阐明了培养的类原肠胚是如何产生和早期胚胎发育过程相似的变化的。

AlfonsoMartinezArias和NaomiMoris

虽然小鼠在胚胎结构和遗传上与人类不同，小鼠胚胎干细胞的培养条件不能照搬，但思路是可以借鉴的。

2018年时，Arias教授对培养条件进行改良，用能够激活Wnt通路的CHIR99021分子对悬浮培养的小鼠胚胎干细胞进行处理，可以得到一个三维细胞聚集体，具有三个正交轴，更像妊娠期自然发育的原肠胚，当然它不包含前脑、中脑和后脑，也没有胚外组织，无法发育成完整的鼠代孕宝宝。

以此为基础，在之后的2年里，研究团队一直在寻找适合人胚胎干细胞的培养条件。经过不懈的努力，他们终于发现，在平板培养基上先用WNT激动剂Chiron对细胞进行一天的处理，然后再将它们放入加入了Chiron的低黏附培养基中，在几个小时内，就会形成紧凑的细胞团。

接下来，细胞团会逐渐从对称的球形开始按照结构三维伸长，在72-96小时时达到最长，不同的部分需要的Chiron浓度也是不同的。

细胞团伸长过程

在形成的三个部分中，研究人员分别检测到了代表外胚层、中胚层和内胚层的生物标志物SOX2、BRA和SOX17。如果不是Chiron，其他的物质可以吗？研究人员用同样可以激活Wnt通路的WNT3A进行了实验，结果聚合的细胞团不能很好地延伸，也缺乏BRA的表达。同样的，在胚胎早期发育中起重要作用的BMp4也无法代替Chiron，检测不到关键标志物的表达。

在构建好的人类原肠胚中，一些信号分子的空间活性和之后的变化模式都和哺乳动物的胚胎很相似。

最后，他们进行了空间转录组学的研究，通过新技术，构建不同阶段，三维空间上的转录组图谱。结果显示，人类原肠胚组织中有模式化的基因表达，在第72小时时，表现出了和Carnegie-stage-9胚胎（人类胚胎发育第9阶段，发育第三周的第19-21天）的相似特征。

Carnegie-stage-9胚胎图片来自：

也有伦理学家提出质疑，现在研究人员能构建这样的类原肠胚，那随着技术的进步，或许就可以构建出包含前脑、中脑和后脑，甚至胚外组织的早期胚胎，所以，需要有办法阻止真的有人去构建整个的早期胚胎。

不过Moris表示，她没有这种野心，她比较关心的是，她们为胚胎干细胞提供了“物质支持”，这些细胞是如何自我组织，发育成不同的胚层的，这要是未来团队的研究重点。搞清楚了这点，或许很多先天缺陷和自然流产的根本原因就找到了。

因此，她表示，“拥有简化的早期胚胎模型是有益的，因为还有很多问题可能是我一生都无法回答的。”

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参考资料：

Moris,N.,Anlas,K.,vandenBrink,(2020).

tenBergeD,KooleW,FuererC,bodies.Cellstemcell,2008,3(5):508-518.

MarikawaY,TamashiroDAA,FujitaTC,ostudythemolecularregulationsofmesodermformationandaxialelongationmorphogenesis.Genesis,2009,47(2):93-106.

VandenBrinkSC,Baillie-Johnsonp,BalayoT,,germlayerspecificationandaxialorganisationinaggregatesofmouseembryonicstemcells.Development,2014,141(22):4231-4242.

BeccariL,MorisN,GirginM,intogastruloids.Nature,2018,562(7726):272-276.

本文作者|应雨妍

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