它们是寿命最长的灵长类胚胎,可以在体外繁殖。在中国工作的两个小组已经成功地将猴子胚胎在一个盘中生长了20天。这项工作揭示了早期发育的关键但很少被理解的阶段,并且可能会重新引发关于允许人类胚胎在实验室中发育多长时间的争论。
研究人员培育胚胎以了解发育的最早阶段。2016年,美国的生物学家在实验室中成功培养了13天的人类胚胎,但是由于国际上的限制,出于伦理原因限制科学家将人类胚胎培养超过14天,该研究随后又停止了实验。作为一个密切相关的物种,猴子胚胎是人类早期发育的窗口,但科学家此前仅将它们培育了9天。
中国的两个研究小组今天在《科学》 1,2期中报道,食蟹猴(Macaca fascicularis)的实验室生长胚胎经历了几个关键过程。这包括胃化的过程,这是引起不同器官和组织的基本细胞类型在第14天左右开始出现的时候。
帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院的发育生物学家马格达莱纳·泽尼克·格茨说:“最棒的是,有一种系统可以在与人非常相似的模型中研究胃泌尿系统。”“他非常激动。”?/ p>
尽管研究表明猴子的早期发育反映了人类发育过程的前两周的许多方面,但研究小组报告说,该物种与我们的物种之间存在细微的差异。法国布朗干细胞与脑研究所的干细胞生物学家皮埃尔·萨瓦蒂耶(Pierre Savatier)说,这表明猴子胚胎可能不是研究人类发育某些晚期阶段的合适模型。他预测,这些文件将重振旨在延长14天政策的努力。
以比以往更长的时间生长猴子胚胎的能力,也可以促进在另一个热门且有争议的领域,即称为“嵌合体”的杂交人类“驴”胚胎的研究,其目的是研究人类细胞如何分化为器官。这项研究之所以被推迟,是因为研究人员已经能够生长足够长的猴子胚胎,以观察注入的人类细胞的行为了。萨瓦捷说,他将使用这种培养技术来培育将被注入人类干细胞的猴子胚胎。他说:“他的培养系统对于嵌合体实验非常重要。”
富贵胚
两个团队都在凝胶基质上生长猴子胚胎,该凝胶基质提供的氧水平比子宫内的细胞高。这种培养技术是由Zernicka-Goetz小组开发的,该小组是美国的两个小组之一,于20163,4年成功培育了13天的人类胚胎。
在最新的两篇论文之一中,由加利福尼亚州拉霍亚萨尔克生物研究所的发育生物学家Juan Carlos Izpisua Belmonte和中国昆明的灵长类生物医学研究云南重点实验室的季卫志领导的研究小组,报告显示200个猴子胚胎中有46个存活到20天。由中国科学院动物研究所的发育生物学家李磊领导的另一篇论文的作者说,它们长出了三个胚胎。
研究小组追踪了使用体外受精产生的胚胎的进展情况,以检查它们是否像在子宫中那样生长。他们检查了胚胎结构的时间和形状以及支持胚胎生长的结构,处于不同阶段的细胞表达的蛋白质类型以及后来变成卵或精子的原始生殖细胞。然后,他们将这些观察结果与从过去的实验中了解到的该物种的发育情况进行了比较,在该实验中,从怀孕的猴子直到17天的不同阶段取出了胚胎5。
两组都报告说,盘中的胚胎与子宫中的胚胎发育相同。伊兹皮苏阿·贝尔蒙特(Izpisua Belmonte)说:“不能假设所观察到的结果代表了体内发生的一切。”
研究小组在第20天停止了实验,当时胚胎变黑了,一些细胞从中分离出来,这表明这些结构正在坍塌。李肇星说,不清楚为什么会这样。他和伊斯皮苏亚·贝尔蒙特(Izpisua Belmonte)说,在细胞外基质中更好地模拟子宫的细胞培养可以帮助它们存活更长的时间。接下来,Ji希望在第20天左右使胚胎生长到原始神经系统开始形成的程度。
细微的差异
密歇根大学的生物工程师傅建平说,两项研究中提供的数据表明,猴子和人类的早期发育存在细微但至关重要的差异,因此非人类的灵长类胚胎将取代对人类细胞进行研究的需求。在安阿伯(Ann Arbor)的研究中,他一直在尝试合成人类的胚胎。他说:“体外培养的人类胚胎仍然是我们研究和了解人类发育的不可替代的系统。”
Savatier说,Ji和Ispizua Belmonte论文中描述的一个区别是,形成胎盘的猴细胞中表达的基因与人类中的不同。但是,要在人类胚胎的后期阶段研究这些过程,监管机构将需要取消禁止将其生长超过14天的禁令。
在美国团队于2016年将人类胚胎增长到13天之后,一些科学家和伦理学家敦促修订14天政策,2017年在英国进行的一项民意测验显示,公众强烈支持延长这一天数。萨瓦蒂耶(Savatier)等人认为,最新结果显示了人类胚胎发育的独特特征,将加强人们改变政策的争论。他说:“我们怀疑这项工作将迫使伦理委员会和监管机构重新开始有关14天规则的辩论。”
研究人员乐观地认为,如果规则改变,凝胶基质可用于将人类胚胎生长到更高级的阶段。Ji说,他的研究所的另一个小组已经开发了专门针对人类胚胎的协议,该协议将很快发布。他说:“他的系统可能适合人类胚胎培养20天,但我们不打算这样做。”
自然575,17-18(2019)