科学家从干细胞制作模型胚胎,研究人类发育的关键步骤

该图像显示了破坏球体对称性的结构,从而开始形成更复杂的结构,最终发展成胎儿

科学家创造了类似于非常原始的人类胚胎的生物体,这是在实验室中创造的这些结构的最先进的例子。

研究人员希望这些由人类胚胎干细胞制成的创造物将为人类发展提供重要的新见解,并为治疗不孕症和预防流产,先天缺陷和许多疾病提供新方法。研究人员表示,这是 科学家首次创造出具有三维结构的人类胚胎活体模型。

研究人员周一在“ 自然细胞生物学 ”杂志上发表的一篇论文中报告了他们的发现

但这项研究引发了关于科学家应该在多大程度上创造人类胚胎生命模型(有时称为胚胎)的争论。

“这是非常令人兴奋的工作,” 凯斯西储大学和哈佛医学院的生物伦理学家Insoo Hyun说,他没有参与这项研究。“但这确实让人们开始非常认真地思考这项工作的道德限制。”

几十年来,科学家们一直在努力了解一些使胚胎发育成 胎儿的最早步骤。但是一些最关键的问题一直是个谜。那是因为它们发生在女人的子宫里,无法研究。科学家们禁止在开发14天后的实验室中研究人类胚胎。

因此,这些发展的早期阶段一直是“一个完整的黑匣子”,纽约洛克菲勒大学的分子生物学家Ali Brivanlou说,他负责新研究的实验室。

因此,Brivanlou和他的同事决定尝试使用人类胚胎干细胞来创建他们可以在实验室中研究的人类胚胎的活体模型。

利用胚胎干细胞,研究人员创造了一种模仿子宫内人类发育最早阶段的结构。

“我们提出了一种人类胚胎模型,它是在子宫外发育的,不是精子和卵子的产物,而是人类胚胎干细胞的产物,它们自组织成复杂的结构,”Brivanlou说。

研究人员将人类胚胎干细胞放入含有凝胶的培养皿中,并加入一种蛋白质,诱导细胞组织成类似于早期胚胎的三维空心球。

“我们的实验模型看起来像一个球 - 一个细胞壳。这或多或少是胚胎组织在这个阶段的样子,”该研究的第一作者Mijo Simunovic说。

此外,细胞球然后迈出了关键的下一步:它们破坏了球体的对称性,开始​​了更复杂的结构的发展,最终导致人类的发展。

“这种对称性破坏过程是发展生物学的一个重要圣杯,”Brivanlou说。“生活是对称性事件的延续。”

他说,最后能够重新创造并且现在研究第一个对称破裂的时刻是令人兴奋,“我真的觉得我在看自己存在的最神秘的方面之一。

Brivanlou,Simunovic和他们的同事希望他们的创作将导致可能产生许多影响的基本发现,包括更好地了解许多疾病的起源。

“我们对此感到非常兴奋。”西蒙诺维奇说。“这是我们第一次实现这一目标。”

“在科学上,这项研究很重要。” 领导干细胞科学家,哈佛医学院院长George Daley博士说。“我们真的无法进入最早的发展阶段。而且我们在培养皿中有这个非凡的工具。”

但Daley和Hyun说这种研究已经开始提出一些问题。

“你允许这些结构发展多久,何时开始提出我们在人类胚胎生物学史上所看到的一些道德挑战?” 戴利说。

一项长期的指导方针被称为14天规则,禁止科学家在他们的实验室中彻底研究真实人类胚胎中的这些和更先进的结构,因为他们必须在14天后停止他们的实验。Brivanlou的合成胚胎最终可能接近相当于真正的14日龄人类胚胎的东西,甚至更远。

禁止科学家在实验室中研究人类胚胎中的这些和更先进的结构。

“它暗示科学正朝着对这一规则的挑战。”戴利说。

“随着胚胎模型变得更加完整,并且在向我们展示受精后人体如何发育的过程中,人们可能会开始怀疑:这些模型在什么时候才能真正成为真正的东西?” 玄说。

事实上,胚胎已经显示出一种称为原始条纹的关键结构的早期迹象,这是在实验室中研究人类胚胎的另一个截止点。

“研究是不可预测的。细胞是自组织的,有时让研究人员感到惊讶(它们达到了他们没想到的复杂程度)。”Hyun说。“前方潜伏着危险。”

因此,国际干细胞研究学会正计划修改其针对此类研究的指南,Daley说。

“现在是时候开始考虑重新评估这些实验的限制。”戴利说。“科学已经发展到现在这些指导方针必须重新审视14天规则的程度。”

洛克菲勒大学的科学家们,同意研究人员和生物伦理学家需要讨论这项研究提出的问题。但是他们坚持认为模型不具备人类胚胎的道德地位,并且远不及任何可能成为婴儿的东西。

“这些不是真正的人类胚胎。”西蒙诺维奇说。“如果我们让他们成长,他们永远不会成为人类的胚胎。”

但研究人员确实计划尝试开发更复杂的胚胎。

“现在,我们建立了这个复杂的模型,来研究更复杂的事件。”Simunovic说。

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