近日，來自劍橋大學的科學家利用兩種類型的干細胞以及3D支架，成功在培養(yǎng)基中制造出了一種類似小鼠胚胎的結(jié)構(gòu)，相關研究刊登于國際雜志Science上。理解胚胎發(fā)育的早期階段一直是科學家們非常感興趣的領域，因為其能夠幫助解釋為何有超過三分之二的人類妊娠會發(fā)生失敗。
一旦哺乳動物的卵細胞同精子結(jié)合受精，其就會進行多次分裂產(chǎn)生一種小型的漂浮狀態(tài)的干細胞，這種特殊的干細胞最終就會制造出人類完整的機體結(jié)構(gòu)；胚胎內(nèi)部的胚胎干細胞（ESCs）簇會向胚泡的階段發(fā)展，胚泡中的其它兩類名為胚外滋養(yǎng)層干細胞（TSCs）則會形成未來的胎盤結(jié)構(gòu)，原始內(nèi)胚層的干細胞會形成所謂的卵黃囊，從而確保胎兒的器官能夠正常發(fā)育，并且為胎兒發(fā)育提供營養(yǎng)。
此前研究人員僅利用胚胎干細胞來嘗試制造出胚胎樣結(jié)構(gòu)只取得了有限的成功，這是因為早期的胚胎發(fā)育需要不同類型的細胞之間互相協(xié)調(diào)完成；然而在本文研究中，研究人員利用遺傳修飾化的小鼠ESCs和TSCs，結(jié)合名為細胞外基質(zhì)的3D結(jié)構(gòu)支架，開發(fā)出了一種能夠進行自我組裝的結(jié)構(gòu)，同時這種結(jié)構(gòu)的發(fā)育以及架構(gòu)非常類似于自然胚胎的狀態(tài)。研究者Magdalena Zernicka-Goetz教授說道，胚胎和胚外細胞會開始彼此交流，并且組裝成為和胚胎非常相似的結(jié)構(gòu)，在研究中我們發(fā)現(xiàn)兩種類型的干細胞之間存在明顯的交流，從某種意義上來講，這些細胞能夠告訴彼此胚胎能夠開始發(fā)育的地方。
不同類型的干細胞之間的相互作用對于胚胎發(fā)育非常重要，但需要指出的是，本文研究中研究者發(fā)現(xiàn)兩類干細胞（ESCs和TSCs）可以真正地互相引導，如果沒有這種伙伴關系，胚胎形狀的正確發(fā)育、形成以及關鍵生物學機制的活性或許就不會適當?shù)匕l(fā)生。將這種“人工胚胎”比喻為一種正常發(fā)育的胚胎結(jié)構(gòu)，研究者就能夠發(fā)現(xiàn)這種“人工胚胎”的發(fā)育遵循著正常的模式來進行自我組裝。
研究者表示，當這種人工胚胎同真實的事物非常相似時，其或許并不能夠進一步發(fā)育成為健康的胎兒，如果想要繼續(xù)發(fā)育的話，其或許就需要第三種形式的干細胞，即能夠提供卵黃囊發(fā)育的干細胞。Zernicka-Goetz說道，他們所開發(fā)的技術能夠促進胚泡在體外植入階段進行發(fā)育，從而就能夠幫助研究人員首次對受精后13天的人類胚胎發(fā)育的關鍵階段進行分析，而且這種最新的發(fā)育階段能夠幫助克服人類胚胎研究的主要屏障，即胚胎的短缺，當前研究人員主要是通過人工受精門診所提供的卵細胞受精后的胚胎進行研究。
研究者表示，利用這種新型技術，對人類胚胎和胚外干細胞進行研究或許就能夠在模擬胚胎發(fā)育的關鍵事件，而這或許也能夠幫助他們在不對胚胎進行研究的情況下來研究胚胎發(fā)育關鍵階段的重要事件。理解胚胎正常發(fā)育的過程對于闡明為何胚胎發(fā)育失敗或許具有一定的指導意義。
最后研究者Andrew Chisholm表示，我們在培養(yǎng)基中首次開發(fā)出了人工小鼠胚胎，這對于我們研究哺乳動物發(fā)育的最早期階段或許提供了一定的研究材料，進行基礎性研究對于我們解決很多研究難題，闡明人類發(fā)育的關鍵過程，以及理解嬰兒在母體環(huán)境中發(fā)生缺陷甚至死亡的原因非常重要。