皮肤细胞产生早期人类胚胎的第一个模型

澳大利亚墨尔本莫纳什大学(Monash University)领导的一个国际科学家团队，将对早期流产、不孕症和早期人类发育的原因进行革命性研究，这一发现将对人类胚胎的早期流产、不孕和早期人类发育的研究产生革命性的影响。

由何塞·波罗教授领导的研究小组已经成功地将这些成纤维细胞或皮肤细胞重新编程成类似于人类囊胚的三维细胞结构，称之为iBlastoid，可以用来在实验室里模拟人类早期胚胎的生物学。

这项研究发表在近期的《自然》科学期刊上，由莫纳什大学生物医学发现研究所和澳大利亚再生医学研究所的波罗教授领导，其中包括第一作者刘晓东（音译）博士和博士生贾平坦（音译），以及来自莫纳什大学的澳大利亚合作者詹妮弗·赞克博士和西澳大利亚大学的瑞安·利斯特教授和国际合作者，新加坡杜克大学的欧文·拉克姆副教授和美国加州大学的阿曼德·克拉克教授。

这一研究成果是未来人类早期发育和不孕研究的重大突破。到目前为止，研究这些头几天的唯一方法是使用从体外受精过程中获得的难以获得的、稀缺的囊胚。

IBlastoid将使科学家能够研究人类发展的早期步骤，以及不孕症、先天性疾病以及毒素和病毒对早期胚胎的影响的一些原因--而不使用人类囊胚，更重要的是，以前所未有的规模，加速我们对新疗法的理解和开发。

Jose Polo，Monash大学生物医学发现研究所和澳大利亚再生医学研究所教授

Polo实验室利用一种叫做“核再编程”的技术成功地产生了iBlastoid，这种技术使他们能够改变人类皮肤细胞的细胞身份--当放置在一个称为细胞外基质的3D‘果冻’支架中时，这些细胞被组织成囊胚样结构，他们将其命名为iBlastoid。

IBlastoid模拟了人类囊胚的整体遗传和结构，包括一个由表皮样细胞组成的内部细胞团样结构，周围是一层营养外胚层样细胞和一个类似胚轴的腔。

在人类胚胎中，表皮细胞继续发育为胚胎本身，而营养外胚层则成为胎盘。然而，“iBlastoid并不完全与囊胚完全相同。例如，早期的囊胚被封闭在透明带内，这是一种从卵子中提取的膜，在受精过程中与精子相互作用，然后消失。因为iBlastoid是从成年成纤维细胞衍生而来的，它们不具有透明带透明带。”他说。

一个iBlastoid不是由卵子或精子产生的，并且在最初的几天内发育的能力有限。

主要作者刘晓东博士是马球实验室的博士后研究员，他说：“只有当所有的数据汇集在一起，指向同一个地方时，我们才能相信我们已经做出了这样的发现。”

我们真的很惊讶地发现，皮肤细胞可以被重新编程成类似于囊胚的三维细胞结构。

贾平潭，第一作者，马球实验室博士生

这项研究会发表在国际干细胞研究学会即将发布的人类胚胎建模研究指南上。这些指引预计会在今年上半年实施。

目前尚不清楚新的指导方针是否会参考《自然》杂志上的这项研究，该研究是第一次建立一个完整的干细胞模型，该模型密切模仿人类早期胚胎所作的关键命运和时空决定。然而，在去年2月(2020年)发表在“干细胞报告”上的一篇论文中，该协会指出：“如果能够为人类早期胚胎开发此类模型，它们将对理解人类早期发展、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巨大的潜在好处。然而，这方面工作的道德操守准则目前还没有很好地界定。“

虽然在与囊胚的人类集成干细胞模型(如iBlastoid)合作方面没有立法先例，但所有实验都得到了莫纳什大学人类伦理学的批准，符合澳大利亚法律和国际指南，其中提到了“原始条纹规则”，该规则规定，人类囊胚不能在原始条纹发育之外进行培养，这是胚胎发育第14天出现的一种暂时性结构。

根据这些立法建议，尽管iBlastoid与囊胚不同，但是Polo实验室在第11天之后并没有培养出他们的iBlastoid。离体他们被密切监测原始条纹相关基因的出现。

不孕和流产可能是由于早期人类胚胎植入失败或植入时未进展所致。这发生在怀孕后的头两周，当时妇女甚至不知道自己怀孕了。这些“沉默”流产很可能占流产总数的很大一部分，根据波罗教授的说法，iBlastoid的产生提供了一个模型系统，它将使人们能够洞察怀孕的早期阶段。

莫纳什大学医学院副院长罗斯·科佩尔教授指出，这一发现将有助于发展改进的体外受精方法、胚胎基因治疗方案的开发以及新药更好和更丰富的筛选方法。

有了进一步的研究和正确的资源，这一发现将为澳大利亚和国际上开辟全新的产业。

罗斯·科佩尔教授，莫纳什大学医学院副院长研究

更多资料：Liu, X., et al. (2021) Modelling human blastocysts by reprogramming fibroblasts into iBlastoids. Nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03372-y.