Nature重大突破：从皮肤细胞生成了人类早期胚胎的第一个模型

科学家们第一次完成成纤维细胞衍生的早期胚胎模型，这将允许广泛研究极早期流产的原因，以及毒素和药物对早期发育的影响。

　　

一个国际研究团队在澳大利亚墨尔本建立了人类胚胎皮肤细胞模型，这将彻底改变流产，不育症和人类早期发育方面的研究。

这一重大突破公布在Nature杂志上，由Jose Polo教授领导完成，在这项研究中，研究小组已成功地将成纤维细胞或皮肤细胞重编程为3D细胞结构（iBlastoids），该结构在形态和分子上与人胚泡（blastocyst，囊胚）相似。

作者表示，这一成就是对人类早期发育和不育的未来研究的重大突破。迄今为止，研究这些早期胚胎的唯一方法是使用难以获得且稀少的IVF手术胚泡。

Polo教授说，“iBlastoids可使科学家研究人类发育的早期步骤，以及不育，先天性疾病，还有毒素和病毒对早期胚胎的影响，而无需使用人类的胚泡，而且重要的是，其规模是前所未有的，加快了我们对新疗法的理解和发展。”

Polo实验室使用一种称为“nuclear reprogramming”的技术成功地生成了iBlastoids，该技术能够改变人类皮肤细胞的细胞身份，当将其放置在细胞外基质的3D“jelly”支架中时，这些细胞会组织成胚泡状结构。

iBlastoids可模拟人类胚泡的整体遗传学和结构，包括由表皮样细胞组成的内部细胞团样结构，周围是滋养外胚层样细胞的外层和类似于胚泡的腔。

在人类胚胎中，外胚层继续发育成适当的胚胎，而滋养外胚层变成胎盘。但是，“iBlastoids与胚泡并不完全相同。例如，早期胚泡被包封在透明带内，其作用是保护卵子，阻止异种精子进入。随着胚泡逐渐长大，透明带变薄而消失，胚泡得以与子宫内膜接触，而iBlastoids没有透明带。”

论文一作，Xiaodong Ethan Liu说：“只有当所有数据汇聚在一起并指向同一个方向时，我们才能确定我们得到了这样的结论。”

另外一位一作Tan Jia Ping Tan补充说：“我们真的很惊讶皮肤细胞可以重新编程为类似于胚泡的3D细胞结构。”

该研究发表于国际干细胞研究学会即将发布体外人类胚胎模型研究指南之际，此前英国和荷兰科学家在2017年和2018年报道了体外产生小鼠“胚泡”，以及关于体外模拟人类胚胎的相关研究进展，以此为基础，今年年初计划公布新的准则。

目前尚不清楚新指南是否会参考今天发表在Nature杂志上的研究，这第一次产生一个整合干细胞模型的，精确模拟了人类早期胚胎做出的关键命​​运选择和时空决策。

但是，去年2月（2020年）发表于Stem Cell Reports上的一篇论文中指出：“如果可以为人类早期胚胎开发这样的模型，那么这对于理解人类的早期发育，生物医学，科学，以及减少在研究中使用动物和人类胚胎具有意义，但是目前对于这种工作的道德操守准则还没有很好的定义。”

尽管在使用人类整合胚泡干细胞模型（如iBlastoids）方面尚无立法先例，但这项研究中的所有实验均已获得莫纳什大学人类伦理学的批准，符合澳大利亚法律和国际准则，其中引用了“primitive streak rule”，指出人类胚泡不能在原条（primitive streak）发育后培养，原条是在胚胎发育的第14天出现的瞬时结构。

根据这些立法建议，尽管iBlastoids与胚泡不同，但Polo实验室并未在体外培养11天后再培养iBlastoids，并对其原条相关基因的出现进行了密切监控。

不孕和流产可能是由于早期人类胚胎未能植入或在植入时无法进展而引起的。这发生在受孕后的前两周，那时女性甚至都不知道自己怀孕了。这些“无声的”流产很可能占流产总数的很大一部分，而iBlastoids的产生提供了一个模型系统，使人们能够了解怀孕的早期阶段。

这一发现将有助于开发改进的体外受精方法，胚胎基因治疗方案，以及开发更好，信息更丰富的新药筛选方法。 。 

（生物通：万纹）

原文链接：

Modelling human blastocysts by reprogramming fibroblasts into iBlastoids

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03372-y