新南威尔士大学悉尼分校的材料科学家们已经证明，实验室中的人类多能干细胞可以启动一个类似于原肠形成阶段的过程——细胞开始分化成新的细胞类型——比自然界中发生的时间要早得多。

对于子宫内发育的胚胎来说，原肠形成发生在第14天。但在新南威尔士大学肯辛顿校区的一个实验室里，科学副教授克里斯·基利安(Kris Kilian)监督了一项实验，在一种独特的生物材料中培养人类干细胞后，两天内就触发了一种类似原肠形成的事件，事实证明，这种生物材料为模拟胚胎发育的这一阶段创造了条件。

A教授说:“原肠形成是导致人体计划的关键步骤。”克里安。

“这是一个过程的开始，在这个过程中，一层简单的细胞转变为构成身体的所有组织——神经、心血管和血液组织以及肌肉和骨骼等结构组织。但我们还不能在人类身上研究这个过程，因为如果不取正在发育的胚胎组织，就不能在实验室里研究这个过程。”

“所以我们能够在体外看到这种情况真的很令人兴奋。”

今天发表在《先进科学》(Advanced Science)杂志上的这一成就，不仅对我们对人类胚胎发育的理解产生了影响，而且对包括细胞治疗、靶向药物开发和CRISPR基因。

编辑技术在内的医学新疗法也有影响。

你生命中最重要的时刻

发育生物学家刘易斯·沃尔伯特曾经说过:“不是出生、结婚或死亡，而是初肠是你一生中真正最重要的时刻。”原肠形成是胚胎发育的关键事件，大量未分化的细胞在子宫内开始了向人类形成的漫长旅程的第一步。这就是为什么试管受精后的胚胎被禁止在14天之后进行研究的原因之一，14天之后就会发生原肠胚形成。

Kilian教授说，到目前为止，由于明显的伦理限制，很难在人类身上研究这一过程。

他说:“仅用材料来控制原肠形成将为研究人类发育提供一种全新的方法。”

“我们目前不能这样做，因为胚胎研究超过14天通常被认为是不道德的，目前在体内是不可能的，因为你需要观察怀孕的人类母亲的胚胎。”

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但是，虽然有动物模型可以研究——比如老鼠和斑马鱼——而且其他研究人员已经在实验室中使用包括生长因子在内的化学物质诱导了类似于原肠形成的事件，但这是第一次仅靠培养条件就在人体外启动了原肠形成。

基利安教授说:“我们的方法可能会带来一种在体外模拟人类胚胎发生的新方法。”

微型器官和CRISPR基因拼接

在医学科学中，新南威尔士大学团队创造的“合成”胚胎诱导原肠形成的能力也有助于根据患者自己的遗传密码创造身体组织甚至微型器官。这些所谓的“类器官”，肉眼几乎看不到，已经在利用干细胞进行医学研究，如测试某些药物的有效性。但这一过程需要化学物质来刺激细胞形成分化的器官组织，这既耗时又昂贵。

一个教授。Kilian说，通过只使用水凝胶材料来刺激自然发生的过程来控制原肠生成可能是一种更快、更经济的解决方案。

A教授说:“真正让我们兴奋的是，有可能使治疗有用的细胞更快、更可复制。”克里安。

“我们的方法可以提供一种启动‘器官发生’的方法——在一个孔中有数百个定义明确的细胞聚集，从而产生更快、更明确的结构，然后可以转化为大脑、肝脏、肠道，可能是任何固体器官组织。”

“这种方法也可能彻底改变包括RNA和CRISPR/Cas9方法在内的药物开发，因为它提供了一种在实验室中模拟人类组织的更可复制的方法。例如，你可以用病人的细胞制造一个类器官，然后测试旨在纠正突变或恢复功能的疗法。”

水凝胶家刚好合适

新南威尔士大学团队在实验室工作成功的秘密在于干细胞被植入的培养物的结构。利用半导体工业的技术，在水凝胶上制造了定义的区域，供细胞粘附。这种几何限制和模拟人类子宫表面的软凝胶的结合，诱使细胞开始类似原肠形成的过程。

“我们发现，如果你把多能干细胞放在一个非常狭窄和柔软的环境中，它类似于细胞在母亲子宫中的经历，”a /教授说。克里安。”

在玻璃上培养的细胞和在凝胶上培养的细胞之间的差异非常显著。我记得我当时在想，‘哇，这里发生了什么事。我需要调查一下。”这让我的项目有了很大的转变，最终有了这个令人兴奋的发现。”

研究人员希望他们能够通过了解材料如何指导胚胎发生和其他方面来继续探索他们的发现的好处。一个/教授。Kilian说，虽然这一发现令人兴奋，但还需要做更多的工作来指导类原肠形成过程，以形成有用的组织。

“这真的是我们希望的生产有用组织模型的平台技术的第一步。触发原肠形成还不够——现在我们需要提供其他信号来保持分化。”

发现下一组材料信号可能会允许为研究目的创造几乎任何固体组织，A/教授。Kilian说，并为再生医学产生有用的细胞类型。

“考虑到现在可以从血液或组织样本中产生多能干细胞，从患者自己的细胞中再生组织和器官的未来是广阔的。”

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。