波恩大学的研究人员开发了一种方法，可以从小鼠的干细胞中生成胚胎样细胞复合物。该方法为胚胎发育提供了新的见解。在中期，它也可能适合于开发可能对生育有害的物质的测试。这项研究发表在著名的《Nature Communications》杂志上。

人们还不完全了解鼠、狗或人类是如何从受精卵细胞发育而来的。卵细胞能够形成生物体中的每一种组织，无论是骨骼、皮肤、肌肉还是大脑。它的子细胞在基因上与它完全相同。所以从原则上讲，他们也应该能够这样做。但在这些细胞中，遗传物质中的某些程序在很早的时候就被激活，这不可逆转地决定了它们的发展进程。

这个过程必须协调到最小的细节。毕竟，这是确保眼睛在面部适当位置形成的唯一方法，而其他细胞非常接近发展成鼻软骨。然而，令人惊讶的是，没有指挥在挥舞指挥棒。德国波恩大学病理研究所的休伯特 · 肖勒教授解释说:“胚胎的发育主要是基于自组织。每个细胞都将信使物质释放到环境中，从而帮助决定其邻居的命运。这就好像在管弦乐队中，每个人都只关注他们周围的音乐家在演奏什么。但这并没有导致不和谐，而是在贝多芬的第九交响曲中。

经过修饰的细胞系可以自我组织

目前的研究允许对这些精确协调的过程有新的见解。波恩的研究人员成功地将小鼠的胚胎干细胞 (ES 细胞) 成熟为所谓的胚胎样体。胚胎干细胞是多能性的; 它们可以形成不同类型的组织。然而，与万能的受精卵不同的是，它们不是多面手——所以它们不再有各种职业可供选择。“除了真正的胚胎，围绕它的膜和部分胎盘也会从卵子中产生，” 肖勒解释道。“另一方面，胚胎干细胞不能在胚胎之外形成这些组织结构。”

然而，它们显然在胚胎发育中起着决定性的作用: 如果刺激 ES 细胞分裂，它们只是变成一群未分化的细胞。“我们在研究中已经对一些胚胎干细胞进行了基因改造，”肖勒的同事扬 · 兰卡贝尔解释道。他与德国神经退行性疾病中心 (DZNE) 和波恩大学 LIMES 研究所约阿希姆 · 舒尔茨教授的研究小组的艾瑞克 · 霍恩一起完成了研究中的主要实验。一些胚胎干细胞能够形成胎盘的膜，而另一些胚胎细胞则能够形成胎盘的胚胎部分。

当研究人员将这两种经过修饰的细胞系与原始的胚胎干细胞结合在一起时，他们观察到一些惊人的现象: 小鼠细胞以一种精细平衡的方式分化，最终产生一种类似胚胎的复合体——一种胚状体。“这就像一个 5 天大的小鼠胚胎，” 霍恩说。“因此，这三种细胞类型的无序混合进化成了严格有序的结构，很像受精卵中正常出现的细胞。” 对其基因活动的研究证实了这一发现: 胚胎样体的每个细胞的行为与真正胚胎中的对应细胞非常相似。

胚胎样体可以取代动物实验

以前已经有可能制造出这样的胚状体。然而，这需要使用三种完全不同的细胞系，它们以严格协调的方式分别生长。这种方法是非常复杂和容易出错的——不像新的方法：经过一定时间后，细胞的一部分启动胎盘程序，另一部分启动细胞膜程序。剩下的事情就会通过自我组织自行发生。

目前，肖勒教授正计划以非常相似的方式，从猴子的胚胎干细胞中制造出这种胚胎样体。他说，这些物质可以用于毒性测试，例如，确定某些物质是否会导致子宫畸形。这目前依赖于动物试验。“这种胚胎样体的使用至少可以取代其中的一些，” 研究人员指出

Nature Communications

10.1038/s41467-021-27586-w