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从零开始,打造新生命。
在全球首创的实验中,科学家成功培育出一个健全的人造胚胎,在培养皿上用了两种干细胞来打造生命。
这些干细胞在人体外的凝胶中生长,可以转化为几种早期的体内器官,就像一般的胚胎。研究人员希望这项技术能解开生命起源的重大谜团。
“此技术修正了胚胎的某些部位,这些部位都在适当的地点和适当的时间发育。”研究团队的领导人,来自英国剑桥大学的玛格达兰娜.瑟妮克拉古耶兹(Magdalena Zernicka-Goetz)对卫报(The Guardian)说。
“这对我们而言是最神奇的事。”
先前他们曾试图培育一个人造胚胎,却很快就失败了,因为他们只使用胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESCs)。一旦卵子受精,形成非悬浮球体的干细胞就叫做囊胚。
问题是,生命不是只从胚胎干细胞中培育出来,其他两种干细胞对生命的正常发育也很重要,它们叫做胚外滋胚层干细胞(extra-embryonic trophoblast stem cell,TSCs)。
与ESCs作用的这些胚外干细胞会形成胎盘、卵黄囊,以确保人体器官能正常发育,并供给了稳定的养分。
因此瑟妮克拉古耶兹(Zernicka-Goetz)和她的团队试着用基因转殖老鼠的ESCs和TSCs的混合体,并建立一个3D的凝胶状支架,干细胞可以在里面以类似自然胚胎的方式生长。
“我们已知不同干细胞之间的交互作用对胚胎的发育很重要,但我们的新研究显示出一个惊人的事实,细胞间有真实的『伙伴关系』,这些细胞真的会引导彼此。”她在一篇新闻稿中说明。
“没有『伙伴关系』,形体的正常发育、关键的生物机制就不会产生。”
大约在四五天后,研究者有了一些存活的胚胎,它们看起来就像普通的老鼠胚胎,不过它们接下来会开始分化成多个组织和器官。
第七天时,胚胎已自行分为两个主要部分,一个是胎盘的初始物,一个是真实的老鼠。
在下方的图示中,你可以看到96小时后的老鼠胚胎(左),还有48小时后的囊胚期(右)。
红色部分是胚胎,蓝色是胚外物质,这表示它最后会变成胎盘。
在整个过程的任一阶段,都不曾强制使卵细胞或精细胞发展出生命体。
“它们跟自然的老鼠胚胎非常像。”瑟妮克拉古耶兹(Zernicka-Goetz)对新科学人杂志的安迪.考格蓝(Andy Coghlan)说。
“我们把两种干细胞放在一起,以前没有人这么做,就是让它们彼此『对话』。我们发现即使没有我们的帮助,细胞也能自行组织。”
在胚胎的进程中断之前,它们进入发展期,大概等于老鼠1/3的受孕期。
研究人员坦承,胚胎会尽力生长到下一个阶段,因为没有附加的原始内胚层干细胞(primitive endoderm stem cells)来生成卵黄囊,这是胚胎的薄膜,在胎盘变得功能健全前,可供应它的营养、血细胞。
我们心中确实对未来的可能性感到惊奇,跟从零开始培育生命一样酷的是,这项研究的目标其实不在于创造人造生命,而是给我们一种新的视野,看见到底有什么事会发生在初期的胚胎上。
人类孕期的三个月中,2/3以上的人会流产,而没有人知道原因。
藉由培育人造生命(无须卵细胞和精细胞、可在子宫外生成),研究人员将会得到“实验”胚胎的稳定供给量,进而梳理早期生命的微小细节。
下一步将观察此技术是否能与人类干细胞正常运作,该团队有自信能达成此目标。
“将人类胚胎、胚外干细胞用于类似我们试验老鼠干细胞的技术中,我们认为有可能模拟出14天前的许多发育期事件。”瑟妮克拉古耶兹(Zernicka-Goetz)在声明稿中解释。
“我们十分乐观,它让我们能研究人类孕育过程中,关键阶段的重大事件,而不必在胚胎上实际操作。知道孕育过程通常如何发生,会让我们了解经常出错的原因。”
此研究已发表于科学期刊。
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