新突破！科学家用三种干细胞成功培育人造胚胎，拥有完整大脑和一颗跳动的心脏……
丁香学术
在哺乳动物中，新生命始于精子成功与卵细胞结合，形成受精卵。在胚胎发育过程中，由单个细胞发育出数百种不同的细胞类型。了解复杂的生物体是如何从单个细胞发育而来，是生物学的基本挑战之一。
2022 年 8 月 17 日，由剑桥大学 Magdalena Zernicka-Goetz 领衔的团队开发了没有精子或卵子的胚胎模型。这种新型的模型胚胎依赖于三种小鼠干细胞，共同发育形成了大脑、跳动的心脏和身体所有其他器官的基础，重建了生命的最初阶段。
该研究成果以「加速预览」的方式刊登在顶级科研期刊 Nature 上。
图片来源：Nature
这些干细胞自组织成胚胎，并经历了连续的发育阶段，直到产生了跳动的心脏和大脑的基础，以及卵黄囊。这时，合成胚胎的状态已经达到了与自然状态下受精后 8.5 天的小鼠胚胎相当的阶段。
研究者对开发的胚胎模型进行了表征，发现该胚胎模型具有明确的前脑和中脑区域的头部褶皱，并发育出一个跳动的心脏状结构，一个由神经管和体节组成的躯干，一个包含神经中胚层祖细胞的尾芽，一个肠管和原始生殖细胞。
与之前的合成胚胎不同，这个新的合成胚胎模型首次拥有了完整的大脑结构，这一直是合成胚胎发育的主要目标。
图片来源：Nature
随后，研究团队尝试在胚胎模型中敲除 Pax6 基因，该基因参与眼睛和其他感觉器官的发育。在敲除了 Pax6 的胚胎模型中，同样观察到了相似的缺陷模式——神经管腹侧区域扩张。
这一模型为胚胎发育提供了生理相关模型, 并为研究发育和疾病的机制提供了新的机会。虽然目前的研究是在小鼠模型中进行的，但研究人员正在开发一种人类胚胎发育的类似模型，以了解在真实胚胎中关键过程背后的机制。如果这些方法在未来被证明在人类干细胞上取得成功，就可以了解怀孕失败的原因，以及我们如何能够防止这种情况发生。此外，还可以用于等待器官移植患者的合成器官的开发。
图片来源：Nature
西班牙国家研究委员会生物技术中心（CNB-CSIC）Lluís Montoliu 教授评论道：「毫无疑问，我们正面临着一场新的技术革命，虽然仍然十分低效（让干细胞自发产生合成胚胎非常困难），但潜力巨大。这让人想起了像多莉羊的诞生（1997 年）等惊人的科学进步。用体细胞的细胞核或可诱导的多能胚胎干细胞 iPS 细胞重建胚胎，后者是 Yamanaka 于 2006 年的发现，这使他获得了 2012 年的诺贝尔生理学或医学奖。」
一场新的科技革命自然也会引发新的伦理困境，讨论人类合成胚胎发育的伦理问题和监管机制依然是无法避免的话题。
