在细胞团能够发育成胚胎之前，它必须首先决定哪一端是向上。但这一过程在人类身上从未被观察到——直到现在。
研究人员首次观察到人类“组织者”细胞如何引导胚胎的顶部、底部、正面和背面的形成。他们通过开发一种技术来规避人类胚胎研究的限制，该技术将人类细胞移植到鸡胚胎上。这项方法于5月23日发表在《自然》杂志上1，可以在某些实验室实验中取代人类胚胎的使用。
组织者细胞是在1924年德国对蝾螈进行的一系列实验中发现的2。一对发育生物学家将一个蝾螈胚胎背部的细胞移植到另一个蝾螈胚胎的正面，这些细胞在那里长成了第二个连体蝾螈。这表明胚胎背部的某些细胞可以将它们的邻居组织成构成动物的复杂结构。
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此后，研究人员在许多其他物种的胚胎中发现了组织者细胞。但科学家们从未观察到这种细胞引导人类早期发育。许多国家（包括美国）的伦理准则和法律 禁止科学家对超过14天的人类胚胎进行实验，这大约是组织者细胞可能出现的时间。
纽约市洛克菲勒大学的发育生物学家、最新研究的主要作者阿里·布里万卢说：“没有人知道细胞球附着到子宫后会发生什么。”
二合一
2016年，布里万卢的小组首次在培养皿中将人类胚胎培养到14天3。但在胚胎开始复杂的重组（导致肢体和器官的生长）之前，研究人员停止了这项工作。在实验结束之前，他们没有在人类胚胎中看到组织者细胞。
在最新的研究中，该团队通过从人类胚胎干细胞中培育出类似胚胎的结构，绕过了14天规则。通过在仅22毫米的小方块上培养细胞，科学家们迫使细胞组织成结构而不是水平扩散。他们还用一系列生长因子处理细胞，刺激它们形成早期胚胎中看到的各种细胞层。测试显示，类似胚胎的结构包括一组细胞，这些细胞表达在其他物种的组织者细胞中看到的基因。
然后，布里万卢和他的同事将他们类似胚胎的人类细胞簇移植到12小时大的鸡胚胎上（这大致相当于14天大的人类胚胎）。研究人员发现，随着改良的胚胎生长，人类组织者细胞引导鸡细胞分化并形成第二个鸡神经系统。布里万卢说，这个结果模仿了1924年蝾螈实验的结果，尽管他的混合胚胎没有存活足够长的时间孵化。
绘制生长图
缅因州巴尔港杰克逊实验室的干细胞研究员马丁·佩拉对这项研究印象深刻。“这个系统将带来很多成果，”他说——包括更好地了解人类胚胎早期发育中的缺陷（可能导致流产），以及将类似胚胎的结构与人类干细胞培养物进行比较，以更好地定义干细胞的能力。
这项技术也可能避免与在实验室研究人类胚胎相关的伦理问题。“这是一个真正的进步——令人高兴的是，这可以在不需要使用胚胎的情况下得到证明，”德国斯图加特霍恩海姆大学的发育生物学家马丁·布鲁姆说。“目前，我无法想到一个需要早期人类胚胎来回答基本问题的情况。”
布里万卢不同意。“没有任何东西可以替代研究真正的胚胎，”他说。“我们尝试建模时所做的一切都过于简化了。”
他说，下一步是确定人类组织者细胞如何确切地影响它们的邻居。这可以为将人类干细胞操纵成特定组织或结构提供信息，作为再生器官和组织的疗法的一部分。“人类胚胎干细胞和卵子拥有所有信息，”布里万卢说。“其他一切都在推动第一块多米诺骨牌。”
本文经许可转载，并于2018年5月23日首次发表。