21天的你长这样?剑桥博士小姐姐研究「人造胚胎」,2篇Nature到手

首次模拟「原肠胚形成」过程

白交 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

已经开始「人造胚胎」了,这可能是21天的你。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手
实验室合成胚胎(18天-21天)的模型,伪彩扫描电子显微镜照片

最近,Nature发表的一篇揭示了「人工合成胚胎」的研究新进展。剑桥大学遗传学系团队模拟了人体胚胎发育的「原肠胚形成」过程(18-21天)。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手

有了这个过程的模拟,可以帮助人们了解孕妇流产、婴儿早期疾病的原因,比如先天性心脏病。连密歇根大学教授、「中科大」校友——傅建平教授也为其点赞!

剑桥大学团队首次模拟「原肠胚形成」过程

人类胚胎发育有三个过程,经过了受精卵、囊泡之后,就会变成原肠胚。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手

原肠胚它由三层细胞层构成:外胚层(ectoderm)、中胚层(mesoderm)、内胚层(endoderm)。

之后,各胚层继续伸长,形成前后端,随后进行分化,变成身体的各种组织部位。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手

为什么要研究这一个过程呢?这一过程十分关键。因为人类胚胎在第三周会发生巨大的飞跃,在22天左右就会产生「心跳」,但之前研究者们都未曾深入研究过这一过程。

原因之一在于,很多国家/地区禁止胚胎受孕后14天以上的研究规定,禁止胚胎生长。

那么,这个过程的模型模拟有什么用呢?

它可以帮助人们了解孕妇流产、婴儿早期疾病的原因,比如先天性心脏病脊髓脊柱裂

现在,这个团队做到了。连密歇根大学教授、「中科大」校友——傅建平教授也为其点赞!

傅建平教授从MIT博士毕业以后,前往密歇根大学担任机械工程、生物医学工程担任教授。

现在,他还是国际干细胞研究学会(ISSCR)指南工作组成员,在今年,他被评为皇家化学学会(RSC)研究员,以及美国医学和生物学工程学会(AIMBE)会员。

利用胚胎干细胞,建立早期胚胎3D模型

那他们是如何做到的?

简单来说,就是用胚胎干细胞,培养出人类胚胎的3D模型。

这项研究从一个大约300-500个细胞菌落开始,由悬浮培养的人类胚胎干细胞组成,用一种叫做Chiron化学物质来加速他们的发育。

光是寻找合适的条件,尤其是寻找这一Chiron化学物质,这个研究团队就花费了两年时间。

随后,研究人员将细胞分离,分别将其放入培养皿中,随后就等待其发育。

结果发现,有将近60%的细胞都在进行「原肠胚形成」过程,形成了3D「类原肠胚」结构,细胞分化形成三胚层的衍生物中,类原肠胚拉长,产生前后端。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手
培养24小时、48小时和72小时的人类类原肠胚,蓝色标记为DNA,红色为神经细胞,绿色为中胚层细胞

不过这个「类原肠胚」最终只存活了4天就自行崩溃了。

通过观察关键的基因表达变化,发现这个只有3天年纪的类原肠胚可以模拟出21天大的人类胚胎的一些关键特征。

这就是他们制作出来的3天大的类原肠胚,已经有了明显的「前后端」,可以模拟出大概21天大的人类胚胎的一些关键特征。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手
绿色为后段,模拟胚胎尾端,紫色是前段,相当于发育中的心脏细胞,灰色标记DNA

而在此前他们就曾有过研究,发现小鼠胚胎干细胞产生表现出类似能力的类胚胎结构。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手

在某些条件下,小鼠胚胎干细胞能够组装成3D聚集体,这种3D聚集体在体外培养时持续伸长,形成前后轴。

这些被称为“类原肠胚”的实体显示出胚胎发育早期阶段的不同特征。

现在,他们进一步的模拟了这一过程。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手

连着两篇Nature都是同类的研究,这告诉我们,不管是搞科研,还是其他事,都要有始有终。

博士小姐姐的两篇Nature

还是一样的团队,一样的Nature,还是那个博士小姐姐——Naomi Moris。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手

只不过上次是「二作」,这次是妥妥的「一作」。

21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手
21天的你长这样?剑桥博士小姐姐造「人造胚胎」,2篇Nature到手

她曾在「帝国理工学院」学习生物科学。求学期间,发现自己对发育生物学和表观遗传学很感兴趣。

在英国伦敦癌症研究中心研究了一段时间后,前往「剑桥大学」遗传学系攻读博士。

现在,人工合成胚胎的研究已经开始了,是应该禁止,还是任其发展?

造出来的胚胎应该立刻销毁,还是任其发育?

有的网友说:这不就是「人造人」了吗?违背了伦理与道德。

但也有网友说:科学应该前进,这对医学、遗传学研究等方面都有帮助。

你觉得呢?

论文地址:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2383-9

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0578-0

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