世界首次！中国科学家利用干细胞创造人工“猴胚胎”获重大进展

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近日，中国科学家带来一项重量级研究：首次使用非人灵长类动物——食蟹猴的胚胎干细胞创造出了与天然胚胎十分类似的结构。根据刚刚发表在权威期刊Cell Stem Cell上的论文，这些人工培育的类胚胎结构能够成功植入雌猴的子宫，并引起与妊娠相似的反应。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）孙强研究员、刘真研究员和清华大学周帆博士为论文共同通讯作者。

这项研究的三位共同通讯作者：孙强研究员、刘真研究员和周帆博士（图片来源：研究机构官网）

此次的成果是研究团队开发非人灵长类生殖工程的又一突破。

研究首先从食蟹猴的胚胎干细胞（ESC）开始。这种细胞可无限增殖，具有分化为各种组织类型细胞的潜力。经过培养条件的优化，研究人员利用生长因子诱导这些胚胎干细胞形成了类似囊胚（blastocyst）的结构，也叫类囊胚（blastoids）。

利用幼稚胚胎干细胞在体外培养为类囊胚结构（图片来源：参考资料[1]）

囊胚是胚胎发育的早期阶段，天然情况下由受精卵经过数次分裂而形成的，囊胚在子宫壁着床成功后进行后续发育，最终形成胚胎和胎盘等结构。

而这些在培养皿中由胚胎干细胞形成的类囊胚具有与天然囊胚相似的形态，随着在体外的进一步培养，形成具有类似羊膜囊（amnion）和卵黄囊（yolk sac）的组织形式。

除了形态上的类似外，研究人员还检查了这些类囊胚的细胞谱系组成。通过单细胞转录组学、免疫染色等技术，他们观察到这些类囊胚中开始出现多种不同类型的细胞，从基因表达模式来看与天然的食蟹猴囊胚分化出的三胚层细胞是一致的。

体外长时间培养，类囊胚发育出类似原肠胚的形态结构（图片来源：参考资料[1]）

这些类似囊胚的结构不仅可以在体外长时间培养的条件下继续形成主要的胚层，体内移植的实验结果也表明它们有进一步发育的潜力。

研究人员将类囊胚分别移植到8只雌猴的子宫中后，其中3只植入成功，与正常妊娠时一样导致雌猴体内孕酮、绒毛膜促性腺激素等激素水平升高。研究人员还观察到，这些类囊胚在体内继而形成了早期妊娠囊，也就是怀孕早期形成的包裹胚胎的结构，其中充满羊水。不过，它们没有形成胎儿，这些结构在大约一周后消失。

研究示意图（图片来源：参考资料[1]）

未来，研究团队表示计划专注于进一步开发这一系统，利用猴细胞培养类胚胎结构。研究人员同时强调，这项研究创造出的类胚胎与天然胚胎之间仍有许多不同，尤其是它们并不具有充分发育的潜力，因此这一系统可以避免胚胎研究中的伦理问题。

人类胚胎发育和早期器官形成在很大程度上一直没有得到充分研究，因为使用胚胎进行研究涉及伦理问题，且材料极为有限。研究论文指出，此次基于干细胞的胚胎模型为剖析灵长类动物的早期胚胎发育提供了一个避免人类胚胎伦理问题、同时可及性更高的有用的新系统。

参考资料：

[1] Li et al., Cynomolgus monkey embryo model captures gastrulation and early pregnancy, Cell Stem Cell (2023), https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.03.009

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