波恩大學的研究人員開發了一種方法，可以從小鼠的幹細胞中生成胚胎樣細胞複合物。該方法為胚胎髮育提供了新的見解。在中期，它也可能適合於開發可能對生育有害的物質的測試。這項研究發表在著名的《Nature Communications》雜誌上。

人們還不完全瞭解鼠、狗或人類是如何從受精卵細胞發育而來的。卵細胞能夠形成生物體中的每一種組織，無論是骨骼、面板、肌肉還是大腦。它的子細胞在基因上與它完全相同。所以從原則上講，他們也應該能夠這樣做。但在這些細胞中，遺傳物質中的某些程式在很早的時候就被啟用，這不可逆轉地決定了它們的發展程序。

這個過程必須協調到最小的細節。畢竟，這是確保眼睛在面部適當位置形成的唯一方法，而其他細胞非常接近發展成鼻軟骨。然而，令人驚訝的是，沒有指揮在揮舞指揮棒。德國波恩大學病理研究所的休伯特·肖勒教授解釋說:“胚胎的發育主要是基於自組織。每個細胞都將信使物質釋放到環境中，從而幫助決定其鄰居的命運。這就好像在管絃樂隊中，每個人都只關注他們周圍的音樂家在演奏什麼。但這並沒有導致不和諧，而是在貝多芬的第九交響曲中。

經過修飾的細胞系可以自我組織

目前的研究允許對這些精確協調的過程有新的見解。波恩的研究人員成功地將小鼠的胚胎幹細胞(ES細胞)成熟為所謂的胚胎樣體。胚胎幹細胞是多能性的;它們可以形成不同型別的組織。然而，與萬能的受精卵不同的是，它們不是多面手——所以它們不再有各種職業可供選擇。“除了真正的胚胎，圍繞它的膜和部分胎盤也會從卵子中產生，”肖勒解釋道。“另一方面，胚胎幹細胞不能在胚胎之外形成這些組織結構。”

然而，它們顯然在胚胎髮育中起著決定性的作用:如果刺激ES細胞分裂，它們只是變成一群未分化的細胞。“我們在研究中已經對一些胚胎幹細胞進行了基因改造，”肖勒的同事揚·蘭卡貝爾解釋道。他與德國神經退行性疾病中心(DZNE)和波恩大學LIMES研究所約阿希姆·舒爾茨教授的研究小組的艾瑞克·霍恩一起完成了研究中的主要實驗。一些胚胎幹細胞能夠形成胎盤的膜，而另一些胚胎細胞則能夠形成胎盤的胚胎部分。

當研究人員將這兩種經過修飾的細胞系與原始的胚胎幹細胞結合在一起時，他們觀察到一些驚人的現象:小鼠細胞以一種精細平衡的方式分化，最終產生一種類似胚胎的複合體——一種胚狀體。“這就像一個5天大的小鼠胚胎，”霍恩說。“因此，這三種細胞型別的無序混合進化成了嚴格有序的結構，很像受精卵中正常出現的細胞。”對其基因活動的研究證實了這一發現:胚胎樣體的每個細胞的行為與真正胚胎中的對應細胞非常相似。

胚胎樣體可以取代動物實驗

以前已經有可能製造出這樣的胚狀體。然而，這需要使用三種完全不同的細胞系，它們以嚴格協調的方式分別生長。這種方法是非常複雜和容易出錯的——不像新的方法：經過一定時間後，細胞的一部分啟動胎盤程式，另一部分啟動細胞膜程式。剩下的事情就會透過自我組織自行發生。

目前，肖勒教授正計劃以非常相似的方式，從猴子的胚胎幹細胞中製造出這種胚胎樣體。他說，這些物質可以用於毒性測試，例如，確定某些物質是否會導致子宮畸形。這目前依賴於動物試驗。“這種胚胎樣體的使用至少可以取代其中的一些，”研究人員指出

DOI

10.1038/s41467-021-27586-w

來源：生物通