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這名科學家造出了人-猴混合胚胎,他想解決什么問題?


▎藥明康德內(nèi)容團隊編輯
今日 , 在頂尖科學期刊《細胞》雜志上發(fā)表的一項研究受到了廣泛關注 。 由中美科學家共同領銜的一支國際研究團隊 , 首次成功在體外培養(yǎng)出由人類干細胞和猴細胞組成的“嵌合體”胚胎 , 并且能夠讓這種胚胎在體外存活20天 。 這一研究一經(jīng)發(fā)布 , 就獲得多家媒體的報道 。 《科學》、《自然》和《細胞》都同時發(fā)表了評論文章 , 探討這一研究的意義和可能帶來的倫理問題 。
【這名科學家造出了人-猴混合胚胎,他想解決什么問題?】這一研究的通訊作者之一Juan Carlos Izpisua Belmonte博士是胚胎學和干細胞領域知名的科學家 , 他的研究團隊曾帶來多項突破性研究 。 例如 , 在2016年 , Belmonte博士的團隊發(fā)現(xiàn) , 在小鼠中短暫表達將成熟細胞重編程為誘導多能干細胞的“山中因子” , 能夠逆轉(zhuǎn)小鼠的部分衰老過程 。 這一發(fā)現(xiàn)曾被媒體稱為找到了“返老還童”的源泉 。 在2017年 , 他的研究團隊將人類的多能干細胞注入豬的早期胚胎 , 培育出了同時含有人類細胞和豬細胞的“嵌合體”胚胎 。 美國《時代周刊》因此曾將他評為2018年“醫(yī)藥健康領域最具影響力的50人”之一 。 然而 , 這一研究的倫理爭議 , 也從未停息 。 Belmonte博士承認 , 有些人會認為 , 生成由人類細胞和其它動物組成的“嵌合體”胚胎違反了自然規(guī)律 。 那么 , Belmonte博士進行這些研究的目的是什么呢?
探索生命形成最初階段的奧秘
Belmonte博士出生于西班牙一個家境并不富裕的家庭 , 很小的時候他就離開學校 , 打各種零工來補貼家用 。 年少的Belmonte博士很喜歡讀書 , 從漫畫書到經(jīng)典哲學 , 他都喜歡看 。 尤其是對生命的起源和意義有著特別的興趣和好奇心 。
上大學時 , 他選擇了藥理學作為專業(yè) 。 “回想起來 , 我對自己這個決定很滿意 。 ”他說 , “在大學里學到的東西 , 特別是生物學和化學的課程 , 是讓我決定隨后投身于理解生命和生物物種如何產(chǎn)生的關鍵 。 ”

這名科學家造出了人-猴混合胚胎,他想解決什么問題?
本文插圖



▲Juan Carlos Izpisua Belmonte博士(圖片來源:Salk Institute for Biological Studies [CC BY-SA 4.0])
在1987年 , Belmonte博士發(fā)表的第一篇科學論文描述了他將小鼠肢體中的胚胎細胞移植到雞胚胎的初生翅膀內(nèi)的結(jié)果 。 出乎他的意料之外 , 來自小鼠肢體的細胞能夠在新的環(huán)境中正常發(fā)育 。 這意味著來自不同物種的細胞似乎可以互相交流 , 開啟了在一個物種體內(nèi)培養(yǎng)另一個物種的組織或器官的可能性 。
30多年過去了 , Belmonte博士仍然在探索胚胎發(fā)育過程中的奧秘 , 而對于人類胚胎發(fā)育來說 , 最重要的發(fā)育階段之一是稱為原腸胚形成(gastrulation)的發(fā)育階段 。 它發(fā)生在受精大約兩周后 , 此前 , 受精卵通過細胞分裂 , 一變二 , 二變四 , 四變八 , 然后生成一小團細胞 , 然而這些細胞之間沒有顯著的區(qū)別 。 但是在原腸胚形成的階段 , 這些看起來沒有什么區(qū)別的細胞分化成三種不同的胚層 , 然后開始分化形成身體中的不同器官和組織 , 大腦細胞跟皮膚細胞、肺細胞等其它細胞的區(qū)別開始顯現(xiàn) 。

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▲胚胎從囊胚(blastula)發(fā)育為原腸胚(gastrula)的示意圖(Abigail Pyne, Public domain, via Wikimedia Commons)
然而在人類中研究這一過程并不容易 , 由于倫理學方面的考量 , 在科學研究中人類胚胎的培育時間不能超過14天 , 這意味著科學家們無法直接觀察原腸胚形成的過程 。 動物實驗雖然能夠提供胚胎發(fā)育的多種信息 , 但是它們和人之間存在著進化上的差距 。
2012年 , 山中伸彌博士在誘導多能干細胞方面的研究獲得了諾貝爾獎 。 他的研究顯示在成熟細胞中表達四種轉(zhuǎn)錄因子(Oct4 , Sox2 , Klf4 , 和c-Myc) , 能夠?qū)⒊墒旒毎D(zhuǎn)化為具有胚胎形態(tài)的誘導多能干細胞 。 這給Belmonte博士一個啟示 , 如果將這些人類誘導多能干細胞移植到動物體內(nèi) , 是不是就可以在動物環(huán)境的幫助下復制人類胚胎的發(fā)育過程?
基于這一思路 , Belmonte博士的團隊將人類干細胞注射到豬或者羊的胚胎中 , 實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn) , 雖然有些人類細胞能夠在豬或羊的胚胎中存活 , 但是它們的數(shù)目非常少 。 這可能是因為人與豬或羊之間有非常大的進化區(qū)別 。 那么在與人親緣關系更近的猴子中會發(fā)生什么?
理解不同物種細胞間分子交流的“語言”

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