一种新发现的干细胞类型可能有助于为早期人类发育提供模型，并最终允许在猪或牛等大型动物体内培育人体器官，用于研究或治疗目的。
位于加利福尼亚州拉荷亚市的索尔克生物研究所的发育生物学家胡安·卡洛斯·伊斯皮苏亚·贝尔蒙特和他的同事在尝试将人类多能干细胞移植到小鼠胚胎中时，偶然发现了一种以前未知的多能细胞变体——它可以产生任何类型的组织。
科学家此前已知另外两种类型的多能干细胞，但大量培养它们或引导它们成熟为特定类型的成体细胞已被证明是困难的。《自然》杂志撰文指出，伊斯皮苏亚·贝尔蒙特和他的同事报告了一种多能细胞类型，这种细胞更易于在体外生长，并在注射到正确位置时移植到胚胎中。他们称之为区域选择性多能干细胞 (rsPSC)。
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俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的发育生物学家保罗·泰萨尔说，由于区域选择性细胞比其他多能细胞生长得更快、更稳定，它们可能对开发新疗法更有用。
微型啤酒
伊斯皮苏亚·贝尔蒙特和同事试图在体外将已知类型的人类多能细胞移植到小鼠胚胎中。他们通过在含有不同生长因子和化学物质组合的培养基中培养这些细胞来制备这些细胞。其中一种混合物更有效地使细胞生长和增殖。研究发现，在这种溶液中茁壮成长的细胞与其他多能干细胞相比，表现出不同的代谢和基因表达模式，但它们与小鼠胚胎的整合效果不佳。
为了查明可能阻碍这种整合的因素，研究人员将人类细胞注射到 7.5 天大的小鼠胚胎的三个不同区域。三十六小时后，只有移植到胚胎尾部或后部的细胞整合并分化成正确的细胞层，形成嵌合胚胎——一种具有不同来源 DNA 的生物体。由于这些细胞似乎偏爱胚胎的某个部分，研究人员将它们称为区域选择性细胞。
伊斯皮苏亚·贝尔蒙特怀疑，胚胎在其早期发育过程中包含多种类型的多能干细胞，包括 rsPSC。目前尚不清楚 rsPSC 是否在指定胚胎的哪个部分将变成头部或尾端方面发挥作用。识别各种类型的多能细胞可以让研究人员通过将干细胞移植到动物胚胎中来研究人类胚胎发育的早期阶段。
一举两得
伊斯皮苏亚·贝尔蒙特和他的同事发现，他们可以轻松地使用 DNA 切割酶来编辑区域选择性干细胞的基因组，这在体外培养的多能细胞中通常很难做到。
基因编辑可以帮助科学家优化人类细胞在另一种物种内生长的能力，从而创造转基因嵌合体。泰萨尔说，使用人类多能细胞（如 rsPSC）创造具有人体器官的动物的想法并非不切实际，但他预计这将非常困难。例如，动物发育中的免疫系统是否会将人体器官识别为动物的一部分，或者攻击它，这是未知的。驱动器官形成的信号分子在动物和人类之间可能有所不同，并且人体器官的发育速度可能与动物器官不同。
伊斯皮苏亚·贝尔蒙特承认这些担忧，并补充说，创造可行的人-动物杂交体可能存在伦理问题。尽管他说他的实验室已经开始将另一种类型的干细胞植入猪胚胎，但他表示，这项技术仅仅是第一步。
本文经许可转载，并于2015 年 5 月 6 日首次发表。