一種新發現的幹細胞型別可能有助於為早期人類發育提供模型，並最終允許在豬或牛等大型動物體內培育人體器官，用於研究或治療目的。
位於加利福尼亞州拉荷亞市的索爾克生物研究所的發育生物學家胡安·卡洛斯·伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特和他的同事在嘗試將人類多能幹細胞移植到小鼠胚胎中時，偶然發現了一種以前未知的多能細胞變體——它可以產生任何型別的組織。
科學家此前已知另外兩種型別的多能幹細胞，但大量培養它們或引導它們成熟為特定型別的成體細胞已被證明是困難的。《自然》雜誌撰文指出，伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特和他的同事報告了一種多能細胞型別，這種細胞更易於在體外生長，並在注射到正確位置時移植到胚胎中。他們稱之為區域選擇性多能幹細胞 (rsPSC)。
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俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學的發育生物學家保羅·泰薩爾說，由於區域選擇性細胞比其他多能細胞生長得更快、更穩定，它們可能對開發新療法更有用。
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伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特和同事試圖在體外將已知型別的人類多能細胞移植到小鼠胚胎中。他們透過在含有不同生長因子和化學物質組合的培養基中培養這些細胞來製備這些細胞。其中一種混合物更有效地使細胞生長和增殖。研究發現，在這種溶液中茁壯成長的細胞與其他多能幹細胞相比，表現出不同的代謝和基因表達模式，但它們與小鼠胚胎的整合效果不佳。
為了查明可能阻礙這種整合的因素，研究人員將人類細胞注射到 7.5 天大的小鼠胚胎的三個不同區域。三十六小時後，只有移植到胚胎尾部或後部的細胞整合並分化成正確的細胞層，形成嵌合胚胎——一種具有不同來源 DNA 的生物體。由於這些細胞似乎偏愛胚胎的某個部分，研究人員將它們稱為區域選擇性細胞。
伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特懷疑，胚胎在其早期發育過程中包含多種型別的多能幹細胞，包括 rsPSC。目前尚不清楚 rsPSC 是否在指定胚胎的哪個部分將變成頭部或尾端方面發揮作用。識別各種型別的多能細胞可以讓研究人員透過將幹細胞移植到動物胚胎中來研究人類胚胎髮育的早期階段。
一舉兩得
伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特和他的同事發現，他們可以輕鬆地使用 DNA 切割酶來編輯區域選擇性幹細胞的基因組，這在體外培養的多能細胞中通常很難做到。
基因編輯可以幫助科學家最佳化人類細胞在另一種物種內生長的能力，從而創造轉基因嵌合體。泰薩爾說，使用人類多能細胞（如 rsPSC）創造具有人體器官的動物的想法並非不切實際，但他預計這將非常困難。例如，動物發育中的免疫系統是否會將人體器官識別為動物的一部分，或者攻擊它，這是未知的。驅動器官形成的訊號分子在動物和人類之間可能有所不同，並且人體器官的發育速度可能與動物器官不同。
伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特承認這些擔憂，並補充說，創造可行的人-動物雜交體可能存在倫理問題。儘管他說他的實驗室已經開始將另一種型別的幹細胞植入豬胚胎，但他表示，這項技術僅僅是第一步。
本文經許可轉載，並於2015 年 5 月 6 日首次發表。