Nature：开发出heX胚胎样模型，能够模拟人类早期血液生成

在一项新的研究中，来自美国匹兹堡大学的研究人员从成体细胞中提取出一种新的胚胎样模型（embryo-like model），从而复制了人类早期发育的关键特征，包括血细胞的生成。这种称为heX的胚胎样模型为人类早期发育提供了一个独特的窗口，由于研究这一生命时期的伦理和技术挑战，早期人类发育一直笼罩在神秘之中。相关研究结果于2023年12月13日在线发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Modeling post-implantation human development to yolk sac blood emergence”。

heX胚胎样模型不使用胎儿组织，也不能发育成胚胎，因此它可能加强对遗传疾病和不孕症的研究，并制造细胞来替代或修复再生医学应用的组织。

论文通讯作者、匹兹堡大学病理学系副教授Mo Ebrahimkhani博士说，“人类胚胎与其他物种（包括我们的一些灵长类近亲）的胚胎不同，会嵌入子宫壁中继续发育。由于胚胎比缝衣针针尖还小，而且隐藏在视线之外，这些早期阶段很难研究。我们的胚胎样模型将揭开人类发育的这个‘黑匣子’，有助于解开约60%的妊娠在头两周---甚至在母亲错过月经期之前---失败的原因之谜，并为新疗法铺平道路。”

值得注意的是，heX胚胎样模型形成的结构类似于首批产生血细胞的部位---被称为血岛（blood islands），这些血细胞支撑着发育中的胚胎。这些作者还检测到了红细胞、血小板和不同类型白细胞的祖细胞。根据Ebrahimkhani的说法，血细胞的生成是这一胚胎模型的关键进步，推动了该领域的发展。

Ebrahimkhani说，“我们能够模拟出与人类早期血液生成阶段极其相似的东西。这令人兴奋，因为有广泛的可能性应用这种模型来更好地了解血液是如何形成的，并开发出更好的细胞培养方法，用于输血、新型细胞疗法和造血干细胞移植。”

为了开发heX胚胎样模型，这些作者首先使用了诱导性多能干细胞（iPSC），这类干细胞由成体细胞生成，它们恢复到可以发育成任何其他细胞的状态。然后，他们用一种指导早期组织发育的基因回路对iPSC进行编程，这种基因回路仅可由一种名为强力霉素（doxycycline）的化学物开启。

当经过改造的 iPSC与标准iPSC混合在实验室培养皿中，并通过添加强力霉素进行诱导时，这些经过改造的iPSC就会生长，并触发标准 iPSC组装成类似胚胎某些特征的三维结构。

在正常的胚胎发育过程中，细胞反复分选和分裂，最终形成不同的部分：滋养层（将成为胎盘）、胚外细胞层（产生提供营养物的卵黄囊）和胚胎层（产生胚胎本身），以及保护发育中胚胎的羊膜囊。

与胚胎一样，heX胚胎样模型也具有胚胎组织和卵黄囊结构。这种胚胎组织在生长过程中会附着在实验培养皿上，形成一大块卵黄囊，里面并排坐着几十个胚状体（embryoids）。

论文第一作者、匹兹堡大学Ebrahimkhani实验室的研究生Joshua Hislop说，“卵黄囊并不直接参与制造形成胚胎的细胞，但它是一种非常重要的组织，因为它负责滋养和影响胚胎头部和尾部的位置。其他胚胎样模型的卵黄囊组织分化非常有限，因此我们的模型提供了一个独特的机会，可以稳健地跟踪这种结构并研究血液发育等事件。”

heX胚胎样模型不包含形成胎盘的滋养层，而且卵黄囊是开放的，而不是一个封闭的空腔。由于缺乏这些特征，heX胚胎样模型无法成为真正的胚胎，也不可能植入体内完全发育。此外，由于heX胚胎样模型源自重编程的成体皮肤细胞，因此理论上可以从任何个体中制造，从而使得科学家们能够研究不同的遗传背景。

与其他胚胎样模型相比，HeX胚胎样模型系统的一个重要优势是，它在从二维实验室培养皿中生长的过程中会自我组装，使用标准生长培养基，并且只需一种化学物就能开启，因而并不依赖难以复制的复杂生长因子混合物。根据Ebrahimkhani的说法，这种独特的方法意味着HeX胚胎样模型可以很容易地储存、运输，并在不同的实验室中高效地生长。

Ebrahimkhani 说，“一种模型要想被科学界采用并为新发现做出贡献，就必须高效。例如，如果一种模型本身大部分时间都失效，流产研究就很难取得进展。我们的hHeX胚胎样模型克服了这个问题。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Joshua Hislop et al. Modeling post-implantation human development to yolk sac blood emergence. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06914-8.

New embryo-like model simulates early human blood production
https://phys.org/news/2023-12-embryo-like-simulates-early-human-blood.html