在細胞團能夠發育成胚胎之前，它必須首先決定哪一端是向上。但這一過程在人類身上從未被觀察到——直到現在。
研究人員首次觀察到人類“組織者”細胞如何引導胚胎的頂部、底部、正面和背面的形成。他們透過開發一種技術來規避人類胚胎研究的限制，該技術將人類細胞移植到雞胚胎上。這項方法於5月23日發表在《自然》雜誌上1，可以在某些實驗室實驗中取代人類胚胎的使用。
組織者細胞是在1924年德國對蠑螈進行的一系列實驗中發現的2。一對發育生物學家將一個蠑螈胚胎背部的細胞移植到另一個蠑螈胚胎的正面，這些細胞在那裡長成了第二個連體蠑螈。這表明胚胎背部的某些細胞可以將它們的鄰居組織成構成動物的複雜結構。
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此後，研究人員在許多其他物種的胚胎中發現了組織者細胞。但科學家們從未觀察到這種細胞引導人類早期發育。許多國家（包括美國）的倫理準則和法律 禁止科學家對超過14天的人類胚胎進行實驗，這大約是組織者細胞可能出現的時間。
紐約市洛克菲勒大學的發育生物學家、最新研究的主要作者阿里·布里萬盧說：“沒有人知道細胞球附著到子宮後會發生什麼。”
二合一
2016年，布里萬盧的小組首次在培養皿中將人類胚胎培養到14天3。但在胚胎開始複雜的重組（導致肢體和器官的生長）之前，研究人員停止了這項工作。在實驗結束之前，他們沒有在人類胚胎中看到組織者細胞。
在最新的研究中，該團隊透過從人類胚胎幹細胞中培育出類似胚胎的結構，繞過了14天規則。透過在僅22毫米的小方塊上培養細胞，科學家們迫使細胞組織成結構而不是水平擴散。他們還用一系列生長因子處理細胞，刺激它們形成早期胚胎中看到的各種細胞層。測試顯示，類似胚胎的結構包括一組細胞，這些細胞表達在其他物種的組織者細胞中看到的基因。
然後，布里萬盧和他的同事將他們類似胚胎的人類細胞簇移植到12小時大的雞胚胎上（這大致相當於14天大的人類胚胎）。研究人員發現，隨著改良的胚胎生長，人類組織者細胞引導雞細胞分化並形成第二個雞神經系統。布里萬盧說，這個結果模仿了1924年蠑螈實驗的結果，儘管他的混合胚胎沒有存活足夠長的時間孵化。
繪製生長圖
緬因州巴爾港傑克遜實驗室的幹細胞研究員馬丁·佩拉對這項研究印象深刻。“這個系統將帶來很多成果，”他說——包括更好地瞭解人類胚胎早期發育中的缺陷（可能導致流產），以及將類似胚胎的結構與人類幹細胞培養物進行比較，以更好地定義幹細胞的能力。
這項技術也可能避免與在實驗室研究人類胚胎相關的倫理問題。“這是一個真正的進步——令人高興的是，這可以在不需要使用胚胎的情況下得到證明，”德國斯圖加特霍恩海姆大學的發育生物學家馬丁·布魯姆說。“目前，我無法想到一個需要早期人類胚胎來回答基本問題的情況。”
布里萬盧不同意。“沒有任何東西可以替代研究真正的胚胎，”他說。“我們嘗試建模時所做的一切都過於簡化了。”
他說，下一步是確定人類組織者細胞如何確切地影響它們的鄰居。這可以為將人類幹細胞操縱成特定組織或結構提供資訊，作為再生器官和組織的療法的一部分。“人類胚胎幹細胞和卵子擁有所有資訊，”布里萬盧說。“其他一切都在推動第一塊多米諾骨牌。”
本文經許可轉載，並於2018年5月23日首次發表。