格拉德斯通研究所 Kiichiro Tomoda和他的同事使用干细胞来产生人造小鼠胚胎，该胚胎包含通常在植入前胚胎中发现的三种基本细胞类型
学分:格莱斯顿学院 在努力理解生命的最早期阶段以及它们是如何出错的过程中，科学家们面临着围绕人类胚胎使用的伦理问题
动物胚胎的使用也受到基于伦理考虑的限制
为了克服这些限制，科学家们一直试图用干细胞再造早期胚胎
创造这些所谓的合成胚胎的挑战之一是，在胚胎植入子宫壁之前，生成通常在年轻胚胎中发现的所有细胞类型
这些细胞中的一些最终会形成胎盘
另一些则成为胎儿生长的羊膜囊
胎盘和羊膜囊对胎儿的存活至关重要，这些胚胎成分的缺陷是早期妊娠失败的主要原因
来自格莱斯顿研究所、京都大学诱导多能干细胞研究和应用中心(CiRA)和日本神户的RIKEN生物系统动力学研究中心的一组科学家现在已经证明了他们从小鼠干细胞创造的合成胚胎中存在胎盘和羊膜囊的前体
“我们的发现提供了强有力的证据，表明我们的系统是研究胚胎发育早期、着床前阶段的良好模型，”博士说
D
格拉德斯通最近成立的诱导多能干细胞研究中心的研究员，该研究的第一作者发表在《干细胞报告》杂志上
“使用这个模型，我们将能够剖析发生在这些早期阶段的分子事件，以及不同胚胎细胞相互发送的信号
" 最终，这些知识可能有助于科学家制定策略来减少由于早期胚胎发育出错而导致的不孕
新的发现还可能揭示出早期胚胎细胞的一个难以在实验室捕捉到的特性:它们产生胚胎中所有细胞类型的能力，最终产生整个身体
科学家称这种特性为“全能性”
" “全能性是早期胚胎细胞非常独特和短暂的特性，”科迪·基姆博士说
D
他是RIKEN生物系统动力学研究中心的研究员，也是该研究的资深作者
“在实验室中比多能性更难利用，”他补充说，指的是一些细胞产生几种——但不是所有——细胞类型的能力
“我们工作的一个非常令人兴奋的前景是能够理解我们如何在实验室中对细胞重新编程以实现全能性
" 在实验室培养早期胚胎的基本成分 为了产生合成胚胎，科学家们从小鼠多能干细胞开始，这些干细胞通常只产生胎儿——而不是胎盘或羊膜囊
他们可以培养这些细胞，称为外胚干细胞，并在实验室中无限增殖
在以前的工作中，该团队发现了一种营养物质和化学物质的组合，可以使外胚干细胞组装成与植入前胚胎非常相似的小细胞结构
事实上，当转移到雌性小鼠体内时，这些结构甚至可以达到植入阶段，尽管此后不久它们就退化了
“这意味着我们可能成功地对外胚细胞进行重新编程，使其恢复到早期阶段，那时胚胎细胞具有全能性，并为我们如何产生胎儿和支持其植入的组织提供了线索，”Tomoda解释道，他也是CiRA的项目特定研究中心副教授
为了在这项工作的基础上更好地理解重编程过程，科学家们需要分子解析
在他们的新研究中，他们转向单细胞RNA测序，这是一种允许科学家根据细胞开启或关闭的基因来研究单个细胞的技术
在分析了成千上万个由外胚干细胞重新编程的单个细胞，并通过计算机分析筛选数据后，他们证实，经过5天的重新编程，一些细胞与胎儿、胎盘和羊膜囊的所有三个前体非常相似
此外，当它们在实验室中再生长几天时，这三种细胞类型显示出更明显的分子特征，与真正的胚胎模型细胞有惊人的相似性
这与正常胚胎生长期间的预期相同，此时三种组织获得不同的物理特性和生物功能
“我们的单细胞RNA测序分析证实了在我们的合成胚胎系统中出现了导致早期哺乳动物胚胎三个基本组成部分的细胞类型，”Kime说
“此外，它以惊人的细节揭示了与这些前体的发育及其成熟为特定组织有关的基因和生物途径
" 这些知识为理解早期胚胎发育的机制及其失败的可能原因提供了全面的背景
目前，科学家们计划研究提高重编程过程效率的方法，以便为进一步研究可靠地生产大量类似植入前的合成胚胎
这将使他们能够进行迄今为止不可想象的实验，例如大规模筛选破坏早期胚胎的基因突变
这可能会揭示早期胚胎衰竭导致妊娠失败的原因
他们还想更好地理解重编程中涉及的分子步骤
特别是，他们计划提前5天研究重编程过程，希望在合成胚胎的起源找到真正全能的细胞
“15年前，我们可以重新编程细胞以适应更早、更多能的状态的发现彻底改变了发育生物学，”Tomoda说，他指的是他和Kime的导师、诺贝尔奖获得者山中伸弥对诱导多能干细胞的发现
“在过去的几年里，利用干细胞的合成胚胎学领域经历了一场真正的爆炸，”他说
“我们生产合成胚胎的方法比其他方法更简单，也相当有效
我们认为它将成为许多实验室的巨大资源
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
