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干细胞平台有助深入认识人类胚胎早期发育

发布时间:2017-11-10

来自加拿大多伦多大学的研究人员开发出一种新的平台而能够在实验室中研究人体发育的早期阶段,从而揭示仅在子宫中发生的关键生物学过程。这项技术能够让人胚胎干细胞自我组装成一种具有胚胎特征的结构,包括大脑、心脏和肝脏等器官的早期前体。

长期以来,技术障碍、伦理问题和法律限制阻碍了研究人员在实验室中对人类胚胎的这些关键发育阶段的研究。这就是为什么科学家们正转向干细胞生物工程,以便从中寻求答案。

此平台作为一种人造的工程环境,能够模拟我们认为在人胚胎发育中起着重要作用的一些基本的组织原则,减轻在实验室中研究人类胚胎相关的一些挑战,并且为人胚胎发育的初始阶段提供有用的线索。最终,研究人员希望能够在实验室中利用干细胞培育出新的组织和器官来替换那些被疾病破坏的组织和器官。

在此之前,科学家们还不能让人胚胎在培养皿中存活超过受精后的7天。即便在7天后仍然保持活力,国际法律和监管共识也会禁止科学家们在实验室中培养完整的人类胚胎超过14天。这正是人类胚胎开始沿着原条(primitive streak)自我组装,而且刚好在原肠胚形成(gastrulation)之前。当原肠胚形成时,被称作上胚层(epiblast)的单层细胞盘状结构形成三个不同的胚层,这些胚层最终产生不同类型的器官。生物伦理学家和科学家们针对这种14天限制达成一致的看法,是因为在脑细胞的前体细胞开始形成之前,回避关于意识和感知疼痛的能力何时开始产生的争论。

研究团队利用紫外线光刻技术将放置在微型图案上的人胚胎干细胞转移到一种聚合物覆盖的平板上,与其他技术相比,会增加图案加工过程的效率和稳健性。并且平台是高通量的,能够构建出上千种胚胎样结构,并能在每个实验中测试它们对多种不同的条件作出的反应。如今团队正在研究其他的发育事件,例如从系统中诱导出神经图案的形成(neural patterning)。

但是直到最近,生物伦理学家还在议论平台的出现是否挑战了对胚胎的定义。随着这些工程平台变得更加复杂,现行的胚胎研究规定可能不足以应对未来的发展,特别是如果源自干细胞的胚胎样结构开始显示出在发育14天后的人类胚胎中出现的特征。 

去年,国际干细胞研究协会更新了干细胞研究的指导方针,认识到开发越来越复杂的体外人类发育早期阶段的模型应当接受专门的审查。

今年早些时候,美国哈佛医学院提出伦理限制应当“尽可能直接地建立在这类特征的产生之上”,且研究人员和生物伦理学家应为此制定规则。

不过考虑到国际上指导胚胎研究的法律和科学指导方法参差不齐,任何改变都可能需要数年的时间。

(信息来源:生物谷)