人工合成的人类胚胎可以让研究人员在研究早期发育的同时避开伦理和后勤方面的障碍

　　胚胎发育，也被称为胚胎发生，是理解生命起源的基石。但是，研究人类这种复杂而分层的生物过程的奇迹面临着相当大的挑战。早期人类胚胎很难获得。此外，它们的使用还存在伦理问题。这使得科学家很难理解早期人类的发展。

　　然而，基因工程、分子和细胞生物学的进步催化了合成胚胎学的出现，这是一个致力于在培养皿中使用人类干细胞复制和研究胚胎发育的分支领域。通过提供新的工具来探索人类发展的神秘早期阶段，合成胚胎学可以帮助研究人员克服使用真正的人类胚胎的挑战。

　　作为一名生殖和发育生物学家，我开发胚胎发生的干细胞模型。有了这些新模型，研究人员还可以更好地了解影响人类生殖和发育以及母婴健康的条件，这可能会导致新的治疗方法。

　　胚胎发生始于卵子受精。这促使卵子迅速分裂成胚胎细胞，胚胎细胞很快形成最终发育成胎儿的内部细胞群和最终形成胎盘的外层细胞。

　　植入子宫后，内部细胞群发育成三层，形成人体的所有组织和器官。同时，随着胚胎附着在子宫壁上，胎盘开始形成，这是母胎连接的关键一步。这种连接使营养物质、氧气和废物在母亲和胎儿之间传递。

　　合成胚胎学利用从人类胚胎中提取的人类多能干细胞或从成人细胞中诱导的人类多能干细胞，人工地再现了这些发育阶段。像早期胚胎细胞一样，这些细胞有能力发育成人体任何类型的细胞。在精心设计的实验室环境中，研究人员可以诱导这些细胞形成多细胞结构，模拟不同的胚胎发育阶段，包括早期器官形成。

　　2014年，研究人员利用胚胎干细胞创造了第一个人类胚胎模型。这个开创性的模型，也被称为原肠样细胞，捕捉到了早期人类发育的关键方面，并表明科学家可以驱动多能干细胞形成与胚胎的三个胚层和外层相呼应的图案层。

　　在研究发育的早期事件时，类胃原体很容易复制和测量。这些二维类胃原体还可以帮助研究人员精确地识别和成像胚胎细胞。然而，该模型缺乏复杂的3D结构和自然胚胎发生中所见的空间细胞相互作用。

　　自从第一个胃原体出现以来，这个领域已经取得了实质性的进展。

　　多年来，各种各样的模型已经能够复制人类胚胎发生的不同方面，如羊膜囊发育、胚层形成和身体计划组织。研究人员还开发了早期器官发育的器官特异性模型，例如捕获神经发育关键事件的模型和模仿肺形成过程的胎儿肺类器官。

　　然而，这些模型都没有完全捕捉到单个细胞类型发育成完整胚胎结构的整个过程。

　　2021年，几个研究小组成功地利用具有更高发育潜力的人类多能干细胞制造出了类似于植入前早期胚胎的囊胚，这一重大突破出现了。囊胚的形成方式与人类胚胎相似，从少数细胞开始增殖和自我组织。

　　囊胚与胚胎在发育和结构上的相似性，使得它们对研究胚胎形成的早期步骤，特别是在胚胎附着在子宫之前，非常有用。囊胚可以附着在实验室培养皿上并进一步生长。它们也可以通过与母体子宫内膜细胞结合并在着床后发育成胚胎后期来模拟胚胎在子宫内的着床。

　　最近，研究人员在实验室中成功地创造了更复杂的模型，模拟胚胎附着在子宫后发生的事情。两个研究小组已经使用特殊的工程细胞在植入后一周左右创造出与人类胚胎相似的结构。这些模型还能够形成最终转化为人类精子和卵子的细胞，反映自然发育过程。

　　另一个研究小组也能够从多能干细胞中创建类似的模型，而无需对其进行基因工程。这个模型甚至能够模拟后期的发育阶段和神经系统形成的开始。

　　在不断发展的合成胚胎学领域，没有一个单一的模型可以完美地捕捉胚胎发生的所有方面。因此，我们的目标不是扮演上帝，在培养皿中创造生命，而是增强我们对自己的理解。这个目标强调了仔细选择最适合手头特定研究目标的模型的重要性。

　　例如，我以前的工作重点是人类早期发育中的染色体异常。非整倍体，即染色体数量异常的细胞，是导致流产的主要原因。但是，关于这些异常细胞如何影响妊娠和胎儿发育的科学知识非常有限。

　　由于类胃原体可以有效地模拟早期发育的这些方面，因此该系统可能是研究早期发育非整倍体的理想选择。它使研究人员能够精确地跟踪和分析非整倍体细胞的行为以及它们如何影响发育过程。

　　利用这个模型，我和我的团队发现，染色体异常的细胞更有可能成熟为胎盘细胞，并可能在胎儿细胞发育过程中被淘汰。这一发现对为什么即使在怀孕期间检测到非整倍体，染色体数目正常的婴儿也能健康出生提供了重要的见解。这些发现对改善产前护理的诊断和预后方法有价值。

　　未来的模型更完整地复制胚胎结构，更密切地反映生物事件，不仅将促进对早期发育基本原理的理解，而且在解决临床问题方面具有巨大潜力。研究人员可以利用它们来建立疾病模型，并开发针对早期生命或遗传疾病的药物。这些模型对于再生医学中组织形成的研究也是非常宝贵的。用病人自己的细胞创建胚胎模型也可以让研究人员研究发育的遗传学，并有助于个性化治疗。

　　在合成胚胎学领域取得进展的关键是坚定不移地遵守伦理标准和法规。关键是，这些胚胎模型既不是人工合成的，也不是真正的胚胎。国际干细胞研究学会严格禁止将这些胚胎模型移植到人类或动物的子宫中。尽管这些模型模拟了早期发育阶段的某些特征，但它们不能也不会在出生后发育成与人类婴儿相当的婴儿。以可靠的理由和监督为基础的研究将有助于确保以最大的尊重和负责任进行对生命结构的科学探索。

　　通过拥抱合成胚胎学的复杂性和潜力，研究人员站在生物学理解的新时代的边缘，并准备解开生命本身的奥秘。

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