科技日報記者 張夢然

美國加州大學圣克魯斯分校團隊開發(fā)出一種細胞模型，無需使用實際胚胎即可模擬兩個有性生殖細胞相遇后的最初幾天發(fā)育情況。該研究發(fā)表在新一期《細胞·干細胞》雜志上。

團隊此次利用基于CRISPR的工程技術(shù)促使干細胞組織成“可編程”的胚胎樣結(jié)構(gòu)，這也被稱為擬胚體，用于探索特定基因在早期發(fā)育中的作用。這些結(jié)構(gòu)并非真正的胚胎，而是實驗室中培養(yǎng)的細胞集合體，它們能夠自我組織以模仿早期發(fā)育階段的部分特征。

一直以來，受精后最初幾天的過程都被科學界視為一個謎團：一個單一的細胞如何成長為復雜的有機體，這一過程吸引了來自不同領(lǐng)域的科學家的興趣。然而，由于某些動物的發(fā)育過程發(fā)生在子宮內(nèi)部，這為直接觀察和研究帶來了挑戰(zhàn)，使得了解此過程中可能出現(xiàn)的問題以及環(huán)境因素如何影響胚胎形成變得尤為困難。

團隊采用了表觀基因組編輯器形式的CRISPR技術(shù)，這種方法不會切割DNA，而是通過修改其表達方式來調(diào)控基因活動。他們針對已知參與早期胚胎發(fā)育的關(guān)鍵基因區(qū)域，控制部分基因被激活，并誘導產(chǎn)生早期發(fā)育所需的主要細胞類型。這種新方法的優(yōu)勢在于它允許不同的細胞類型更加自然地“共同發(fā)育”，比其他化學方法更接近于自然胚胎的形成過程。

實驗結(jié)果顯示，大約80%的干細胞能夠在幾天內(nèi)組織成模擬胚胎最基本形式的結(jié)構(gòu)，并經(jīng)歷反映生物體發(fā)育過程的基因激活。此外，這些細胞在移動和組織時顯示出集體行為模式。這項技術(shù)不僅讓科學家能夠在實驗初期激活基因，還可以根據(jù)需要調(diào)整或修改對后續(xù)發(fā)育有重要意義的基因，使得胚胎模型具有高度可控性和可編程性，便于靶向測試對多個基因的影響。

這種模擬有助于更好地理解導致早期繁殖失敗的因素，特別是對人類，因為人類胚胎往往難以成功植入或建立正確的早期組織結(jié)構(gòu)。因此新成果可為提高人類生育能力提供線索，并為深入探索早期胚胎發(fā)育開辟了新途徑。