多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，在药物筛选、疾病模型、细胞治疗、细胞组织开发、再生医学等领域具有非常重要的应用价值。
这类细胞为体外研究胚胎发育提供了一种行之有效的工具。然而，由于样本和伦理问题的局限，当前对基于干细胞分化衍生的囊胚发育潜力的研究还不足。
近日，中国科学家团队通过干细胞构建“猴胚胎”进一步分析了基于干细胞衍生囊胚的发育潜力以及胚胎发育的分子机制。在这项研究中，科研团队利用食蟹猴胚胎干细胞构建了食蟹猴类囊胚（blastoid），并深入全面探究和评估了食蟹猴类囊胚在体内和体外的发育潜能，首次将非人灵长类的类囊胚在体外培养至着床后原肠胚时期。原肠胚是具双胚层或三胚层的动物胚胎，由囊胚发育而来，这是动物胚胎发育的一个重要阶段。
（来源：Cell Stem Cell）
具体来说，经过长时间的体外培养，这些类囊胚发育成了具有卵黄囊、绒毛膜腔、羊膜腔、原条和连接蒂等结构的胚盘；移植到食蟹猴母体中，研究人员发现体内移植后可以检测到早期妊娠囊出现。妊娠囊是最早期确定妊娠的 B 超诊断依据。
论文中提到，这在没有人类胚胎伦理和获取限制的条件下，为灵长类动物胚胎发育提供了一个有效的系统。
本文的共同通讯作者是中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）刘真研究员、非人灵长类研究平台主任孙强，以及清华大学生命科学学院周帆研究员。
▲图 | 从左到右分别是孙强、刘真和周帆（来源：各自主页和中科院摄影联盟）
值得一提的是，刘真和孙强也是克隆猴团队的主要成员，他们多年来专注于非人灵长类动物研究平台的建设。2017 年，该研究团队利用体细胞核移植技术，在国际上首次实现非人灵长类动物的体细胞克隆，培育出了克隆猴“中中”、“华华”，成功突破了用体细胞克隆技术克隆灵长类动物的世界性难题。
“这太棒了，这是我第一次看到合成胚胎发育到现在这个阶段，且发育和成长的效果非常好。这也是我第一次看到将类似胚胎的结构移植到猴子体内。”荷兰莱顿大学的发育生物学家 Susana Chuva de Sousa Lopes 对外媒说。
据悉，本次的研究是科学家在实验室培育生长时间最长的非人灵长类动物类胚胎，也暗示出未来这种方式可能成为培育胎儿的方法。
01
全面评估类囊胚在体内和体外的发育潜能，移植体内可引起早期妊娠
猕猴等非人类灵长类动物是一类与人类进化密切相关的物种，其可为研究灵长类动物的发育和还原疾病发展提供更为理想的模型。
在这项研究中，科研团队以取自食蟹猴的胚胎干细胞（Embryonic stem cell，ESC）为种子，这类细胞具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。在特定条件下，可能发育成几乎任何类型的体细胞，并分化发育成各种组织和器官。接下来，研究团队基于一种经过优化的方案将 ESC 诱导生成了食蟹猴类囊胚。
通过形态学分析和比对，他们发现培育的这些类囊胚在形态上与食蟹猴囊胚相似；单细胞转录组测序、分子和功能表征等分析显示，类囊胚具有天然囊胚的三个主要谱系和相应的转录组学特征。
（来源：上述论文）
接下来，为了探究类囊胚在体外的发育潜能，研究人员对类囊胚进行了长时间体外延迟培养。体外延长培养的第 8 天左右，培养基中的类囊胚呈现双层盘状结构；第 15 天时，类囊胚具有双层盘状结构，且具有羊膜囊样腔（AMSLC）、次级卵黄囊样腔（SYSLC）、柱状上皮样细胞（EPILCs）、上皮羊膜样细胞（AMLCs）以及内脏内胚层样细胞；体外培养持续到第 17 天时，第 15 天时的一小部分类囊胚可以进一步发育为具有绒毛膜腔结构，还包括卵黄囊、绒毛膜腔、羊膜腔、原条和连接蒂。
评估这些类囊胚在体内发育潜能的主要方法是测试其是否能在子宫中的发育情况。研究人员将 8-10 个发育 7 天的类囊胚移植到了 8 只食蟹猴的子宫中，并对这些类囊胚进行了为期 3 周的监测。他们发现，3 只猴子在移植7天或 10 天后出现明显的妊娠囊，其中 1 例在移植后 10 天疑似出现卵黄囊，且这些猴子的妊娠激素水平也升高，妊娠试验结果呈阳性。这些结果表明食蟹猴类囊胚可以在体内引起早期妊娠。
卵黄囊是早孕孕囊内出现的最早结构，也是母体和胚胎交换的最初始途径，其在胎盘循环建立之前为胚胎提供营养、免疫、代谢、内分泌和造血等功能。
▲图 | 食蟹猴类囊胚移植触发植入类囊胚猴子妊娠激素表达（来源：上述论文）
整体来看，通过体外培养、体内移植和单细胞分析，可以发现食蟹猴类囊胚可以形成原肠胚，移植体内后可以引起妊娠反应。
02
“还未完美复制出天然胚胎”
长久以来，国际干细胞研究学会（ISSCR）都建议，科学家培养人类受精卵的时间不能超过 2 周，也就是“14 天规则”。2021 年，该协会的新指南表示将放宽人类胚胎研究“14 天规则”限制。此外，相关国际指南强调人类囊胚不能植入人体或者其他动物体内。目前，对人类胚胎形成和器官形成的分子机制很大程度上尚不清楚。
研究人员在论文中提到，这一研究成果是灵长类动物胚胎模型研究领域的一个重要进展，为研究和剖析灵长类动物胚胎形成和器官形成提供必要和有效的系统。
科学家们也希望这类研究可以揭示更多关于人类怀孕的信息，包括难以怀孕以及流产的原因。伦敦克里克研究所胚胎发育专家 Naomi Moris 指出，通过胚胎干细胞可以分化出无数类囊胚，我们能够在成百上千的类囊胚上测试药物，以找到改善试管婴儿的方法。
（来源：The Fountain Magazine）
还有科学家正在探索基于干细胞生成更多成熟胚胎的方法，希望培养出胚胎甚至是小动物宝宝。西班牙巴塞罗那庞培法布拉大学的发育生物学家 Alfonso Martinez Arias 表示，似乎存在某种竞赛，大家在争相从这些类囊胚中取得一些重要进展。
不过，回到本次试验，研究人员也观察到，在移植到子宫内 20 天后，类囊胚停止发育并开始分离。Alfonso Martinez Arias 认为，这一现象表明培育的类囊胚并没有完美复制出天然胚胎，显然还行不通。他推测，可能基于干细胞的类囊胚缺少来自卵子中的一些重要成分。
Naomi Moris 指出，就目前的情况来看，这些类囊胚不太可能发育成胚胎，甚至最终发育成猴宝宝。但是技术一直在进步，对合成胚胎的研究是在过去 5 到 10 年才真正开始的，期间已经取得了巨大的进展。“领域内趋势在迅速发展，不过我们需要确保法律与行业发展同步。”
Alfonso Martinez Arias 也强调，这种情况短期内不会发生。
参考资料：
1.https://mp.weixin.qq.com/s/hRvX5Nohq-gfOL1SYsCcIg
2.https://www.technologyreview.com/2023/04/06/1071112/synthetic-embryos-have-been-implanted-into-monkey-wombs/
3.https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/4/497966.shtm
4.https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(23)00080-2
