科学家从人类干细胞创建人类胚胎样模型

人体胃异物的图像分析显示“前后”模式。绿色是类似于胚胎尾部的后部，品红色是类似于发育中的心脏细胞的前部，灰色标记DNA。

剑桥大学的科学家与荷兰的Hubrecht研究所合作，开发了一种新模型，用于研究使用人类胚胎干细胞的人类发育的早期阶段。

该模型类似于大约18-21天大的胚胎的一些关键元素，使研究人员能够观察到以前从未直接观察到的人体计划形成过程。了解这些过程有可能揭示人类先天性缺陷和疾病的原因，并为孕妇开发针对这些疾病的测试方法。

使用扫描电子显微镜（SEM）拍摄的72小时高倍体人类胃样生物。

人体计划或生物体的蓝图是通过称为“生殖”的过程产生的。在胃造气过程中，胚胎中会形成三层不同的细胞层，这些细胞层随后会造出人体的所有主要系统：外胚层将使神经系统，中胚层使肌肉，内胚层进入肠道。

妊娠通常被称为人类发育的“黑匣子”时期，因为法律限制会阻止实验室在开始培养的第14天以后培养人类胚胎。该限制被设定为落在胚胎不再能够形成双胞胎的阶段。

许多先天缺陷源于这个“黑匣子”时期，其原因包括酒精，药物，化学药品和感染。更好地了解人类的胃泌尿系统还可以阐明许多医学问题，包括不育，流产和遗传疾病。

“我们的模型产生了人类蓝图的一部分。目睹至今尚未发现和研究的发展过程，真是令人兴奋。”-剑桥大学遗传学系教授阿方索·马丁内斯·阿里亚斯（Alfonso Martinez-Arias）主持了这项研究

该报告发表于2020年6月11日的《自然》杂志上，该报告描述了一种使用人类胚胎干细胞生成三维组装细胞的方法，称为类胃泌素，该细胞分化成三层结构，类似于早期人类身体计划。

为了在实验室中制造类胶体，将一定数量的人类胚胎干细胞放置在小孔中，在那里它们形成紧密的聚集体。经过化学信号处理后，人们看到类固醇沿头到尾轴（称为前后轴）延长，并沿着该轴以特定模式开启了反映哺乳动物身体计划要素的基因。

包括小鼠和斑马鱼在内的模型生物先前已使科学家能够获得对人类胃排泄的一些见识。但是，当细胞开始分化时，这些模型的行为可能与人类胚胎不同。动物模型对某些药物的反应可能不同：例如，抗晨吐药物沙利度胺经过小鼠测试后通过了临床试验，但随后导致了人类严重的先天性缺陷。因此，开发更好的人类发展模型很重要。

在24小时（左），48小时（中）和72小时（右）处正在生长的人类胃泌素。蓝色标记DNA，洋红色标记神经细胞，绿色标记中胚层细胞。

胚状体没有发展成完整胚的潜力。它们没有脑细胞或子宫内植入所需的任何组织。这意味着他们将永远无法超越发展的早期阶段，因此无法符合当前的道德标准。

研究人员通过观察在发育中的人类胃样物中哪些基因表达了72小时，发现了该事件的明显特征，该事件产生了重要的身体结构，例如胸肌，骨骼和软骨，但它们并未发育出脑细胞。

研究人员通过将它们与卡内基胚胎学收藏库进行比较，来判断类固醇的等效人类胚胎年龄。该官方收藏包含人类胚胎的连续体，包括前八周的日间生长。他们认为类胃异物部分类似于18-21天大的人类胚胎。

“这是一个非常令人兴奋的新模型系统，它将使我们能够首次在实验室中揭示和探索人类早期胚胎发育的过程。”—剑桥大学遗传学系Naomi Moris博士，该报告的第一作者

莫里斯补充说：“我们的系统是朝着人体计划的出现建模迈出的第一步，并且可能被证明对研究发生错误（例如先天缺陷）时会发生的事情非常有用。”

由人类干细胞创建的新“胃样”模型具有巨大的潜力，可以了解出生缺陷的原因并改善疾病模型。

领导该研究的阿方索·马丁内斯·阿里亚斯教授和纳奥米·莫里斯博士在剑桥大学遗传学系任教。

当卵子和精子融合时，在称为受精的过程中形成真正的胚胎。在实验室中，胚胎干细胞就是胚胎干细胞，这种胚胎干细胞是人类三至五天大的胚胎细胞。将人类的胚胎捐赠给研究人员同意；其中一些来自在体外受精诊所受精但未使用的卵。从这些胚胎中提取的胚胎干细胞具有在体内发育成任何类型的专门细胞的能力，或者可以融入更多的干细胞。

14天规则

该领域的研究人员遵循国际公认的道德准则，即14天规则，该准则于1984年首次被推荐。这将人类胚胎的研究限制在受精后的两周内。该极限与人类胚胎的感知道德状态有关，被认为是在发育过程中获得的。另外，大约14天是胚发生在胚胎中的时间。

将14天规则应用于类胚胎模型的研究

在过去的几年中，已经开发出各种新技术来从动物和人类干细胞中产生类似胚胎的模型。这驱使研究人员呼吁制定具体指南，以对这一迅速发展的领域提供更清晰的道德监督。

不同国家对源自人类干细胞的胚胎样模型的研究方法不同。在美国，对联邦研究的限制与对人类胚胎的限制相同（美国联邦法律禁止美国政府资助创建或破坏人类胚胎的研究）。在包括英国和日本在内的其他国家，允许研究类胚胎模型，因为它们没有成长为个体的潜力。

参考：Naomi Moris，Kerim Anlas，Susanne C. van den Brink，Anna Alemany，JuliaSchröder，Sabitri Ghimire，Tina Balayo，Alexander van Oudenaarden和Alfonso Martinez Arias撰写的“人类发育过程中早期前后组织的体外模型”，2020年6月11日，Nature.DOI：
10.1038 / s41586-020-2383-9

这项研究由医学研究理事会，勒沃胡姆基金会和艾萨克·牛顿基金会资助。它由剑桥大学伦理委员会审查和批准。