世界首次！中國科學家用干細胞創造人工“猴胚胎”
人類干細胞來源的囊胚顯示出與正常囊胚相似的形態和細胞譜系。然而，研究它們的發展潛力的能力是有限的。
2023年4月6日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）劉真、孫強及和清華大學周帆在Cell Stem Cell 在線發表題為“Cynomolgus monkey embryo model captures gastrulation and early pregnancy”的研究論文，該研究用原始ESCs構建了形態和轉錄組學上類似于囊胚的食蟹猴胚細胞。這些囊胚經長時間體外培養(IVC)發育為胚盤，形成卵黃囊、絨毛膜腔、羊膜腔等結構。
通過單細胞轉錄組學或免疫染色觀察IVC食蟹猴胚細胞的原始生殖細胞、原腸胚細胞、內臟內胚層/卵黃囊內胚層、三層胚層和血液內皮祖細胞。此外，將食蟹猴胚細胞移植到代孕體上可以實現妊娠，孕激素水平和早期妊娠囊的存在表明了這一點。總之，該研究結果揭示了食蟹猴胚細胞體外原腸胚形成和體內早期妊娠的能力，為剖析靈長類胚胎發育提供了一個有用的系統，而不存在與人類胚胎研究相同的倫理問題和獲取挑戰。
由于有限的樣本可用性和倫理限制，人類胚胎發生和器官發生的分子機制在很大程度上仍然不清楚。基于自組織和分化能力，多能干細胞(pluripotent stem cells, PSCs)可以在特定條件下誘導形成胚狀結構(包括blastoids, embryoids及gastruloids)，為體外研究胚胎發育提供了有用的工具。小鼠囊胚細胞來源于胚胎干細胞(ESCs)和滋養細胞干細胞(TSCs)或擴展多能干細胞(EPSCs)，已被證明具有有限的分化潛力，可以產生具有胚胎-胚軸的適當胚胎樣結構。
另一種由ESCs、TSCs和胚胎外內胚層干細胞(XENs)制成的小鼠胚胎模型，可以通過體外培養系統部分模擬除原腸胚形成外的著床周發育。然而，在胚胎植入后，嚙齒動物和靈長類動物的發育特征變得更加不同。最近，在特定的誘導方案下，使用人原生PSCs或EPSCs成功生成了與囊胚形態和轉錄組相似的人囊胚，這為研究體外人囊胚發育提供了一個可靠的模型。然而，由于倫理問題，評估體內或體外發育潛力的長期長時間培養和著床后體內母體移植不允許用于人囊胚細胞。因此，迫切需要一個解決物種間差異、樣本限制和倫理考慮的新模型。
文章模式圖（圖源自Cell Stem Cell ）
作為與人類進化密切相關的物種，獼猴等非人類靈長類動物(NHPs)為研究靈長類動物的發育和疾病提供了理想的模型。在本研究中，基于一種優化的方案，使用naive cynomolgus monkey ESCs (cyESCs)生成了猴(cynomolgus macaque, Macaca fascicularis)囊胚。廣泛的形態、分子和功能表征表明，這些囊胚可以模仿基本的囊胚樣結構，并實現主要的譜系生成。
重要的是，體外培養、體內移植和單細胞分析表明，食蟹猴胚細胞可以隨著三種主要胚層的出現和懷孕而啟動原腸胚形成。該研究成果是靈長類動物胚胎模型研究領域的重要進展，為剖析靈長類動物胚胎發生和器官發生提供了必要的系統。
參考消息：
https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(23)00080-2
-
焦點事件
