新干细胞模型提供了早期人类发展的第一眼

　　

在生物学领域，尤其是发育生物学中，对人类原肠胚形成的理解是解开人类早期发育秘密的关键所在。最新的一项研究，借助一种创新的干细胞模型，极大地提升了我们对此关键阶段的认识，有望为改善怀孕结果和对发育障碍的理解提供全新的视角。他们的研究发表在《Stem Cell Reports》上，描述了这个新平台的科学和临床潜力。

原肠胚形成，作为人类发育的第三周展开的关键步骤，是生命旅程中最具决定性的时刻之一。在这一过程中，一个原本混沌的细胞球经过精细的重新排列，转化为有序的三层结构，这三层结构将为后续的胚胎发育奠定坚实的基础。这个过程不仅是我们个性化的起点，更是我们身体轴心形成的时刻，决定了我们身体的头部和尾部的方向。

然而，研究人类原肠胚形成一直是一个技术上和伦理上极具挑战性的任务。由于伦理限制和技术难度，直接在人体上进行此类研究几乎不可能。因此，科学家们一直在寻找一种能够模拟人类原肠胚形成的可靠模型。

现在，洛克菲勒大学干细胞生物学和分子胚胎学实验室的Ali Brivanlou和他的团队，通过一种被称为囊胚的干细胞模型系统，成功地在体外模拟了人类原肠胚形成的过程。这种模型系统不仅允许科学家们在植入前存在胚胎外细胞类型的情况下，研究人类原肠胚形成的细微差别，而且还具有可克隆、可实验操作和可编程的特点，使得科学家们能够反复研究相同的囊胚，从而更深入地理解原肠胚形成的机制。

这项研究的关键在于，Brivanlou团队成功开发出一个平台，使得囊胚可以在体外附着，从而向原肠胚形成发展。他们观察到，在这个过程中，囊胚的外壁对称性被破坏，这是原肠胚形成的一个关键标志。通过高分辨率的观察，他们直接观察到了原肠胚形成过程中的两个关键时刻：第一次外胚层对称性破坏事件和原始条纹以及中胚层在体外附着时分子标记的出现。

原始条纹是一种结构，标志着原肠胚形成的开始，并为胚胎的三个初级层奠定了基础。中胚层则是在原肠胚形成过程中形成，它将产生肌肉、骨骼和循环系统。研究小组发现，在囊胚附着后仅7天，他们就已经能够使用分子标记来检测新生的原始条纹和中胚层细胞的最早特征。

为了进一步验证他们的发现，研究小组还将囊胚的结果与体外附着的人类胚胎的数据进行了比较。他们发现，囊胚在体外表达的基因与体内正常胚胎在该阶段表达的基因相同，这有力地证明了囊胚作为人类胚胎发育模型的能力。此外，研究小组还证明，体内调节原始条纹和中胚层生长的途径也可以调节体外囊胚的对称性断裂，这进一步强调了实验室体外附着囊胚系统的强大能力。

值得一提的是，这项研究还揭示了一个令人惊讶的发现：体外原肠胚形成可以在第12天开始，这比以前认为的要早得多。这一发现无疑将改变我们对原肠胚形成的传统理解，为重新定义体外附着的原肠胚形成的分子特征和时间做出了重要贡献。

这项研究的深远影响不仅在于提升了我们对原肠胚形成的理解，更在于其潜在的临床应用。德桑蒂斯设想，基于囊胚的研究在未来可能会在诊断和治疗发育障碍方面取得进展，或者为原肠胚期早期流产的潜在原因提供见解。通过观察用特定基因组成构建的囊胚模型在体外的表现，我们可能能够预测怀孕结果和发育障碍的轨迹，从而为改善怀孕结果和干预发育障碍提供新的策略。

这项研究利用创新的干细胞模型，成功地在体外模拟了人类原肠胚形成的过程，为我们理解这一关键发育阶段提供了前所未有的视角。这项研究的成果不仅将推动发育生物学领域的发展，更有望为改善人类生殖健康和预防发育障碍提供新的方法和途径。随着科学技术的不断进步，我们期待这一领域能够带来更多的突破和发现，为人类健康事业做出更大的贡献。

参考文献:“The emergence of human gastrulation upon in vitro attachment” by Riccardo De Santis, Eleni Rice, Gist Croft, Min Yang, Edwin A. Rosado-Olivieri and Ali H. Brivanlou, 14 December 2023, Stem Cell Reports.