科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)加州大學(xué)圣克魯斯分校團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種細(xì)胞模型，無(wú)需使用實(shí)際胚胎即可模擬兩個(gè)有性生殖細(xì)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(xì)胞·干細(xì)胞》雜志上。

團(tuán)隊(duì)此次利用基于CRISPR的工程技術(shù)促使干細(xì)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(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的細(xì)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(lái)，受精后最初幾天的過(guò)程都被科學(xué)界視為一個(gè)謎團(tuán)：一個(gè)單一的細(xì)胞如何成長(zhǎng)為復(fù)雜的有機(jī)體，這一過(guò)程吸引了來(lái)自不同領(lǐng)域的科學(xué)家的興趣。然而，由于某些動(dòng)物的發(fā)育過(guò)程發(fā)生在子宮內(nèi)部，這為直接觀察和研究帶來(lái)了挑戰(zhàn)，使得了解此過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題以及環(huán)境因素如何影響胚胎形成變得尤為困難。

團(tuán)隊(duì)采用了表觀基因組編輯器形式的CRISPR技術(shù)，這種方法不會(huì)切割DNA，而是通過(guò)修改其表達(dá)方式來(lái)調(diào)控基因活動(dòng)。他們針對(duì)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(dǎo)產(chǎn)生早期發(fā)育所需的主要細(xì)胞類型。這種新方法的優(yōu)勢(shì)在于它允許不同的細(xì)胞類型更加自然地“共同發(fā)育”，比其他化學(xué)方法更接近于自然胚胎的形成過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，大約80%的干細(xì)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(guò)程的基因激活。此外，這些細(xì)胞在移動(dòng)和組織時(shí)顯示出集體行為模式。這項(xiàng)技術(shù)不僅讓科學(xué)家能夠在實(shí)驗(yàn)初期激活基因，還可以根據(jù)需要調(diào)整或修改對(duì)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(cè)試對(duì)多個(gè)基因的影響。

這種模擬有助于更好地理解導(dǎo)致早期繁殖失敗的因素，特別是對(duì)人類，因?yàn)槿祟惻咛ネy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(kāi)辟了新途徑。