科技日報記者 張夢然
美國加州大學圣克魯斯分校團隊開發出一種細胞模型，無需使用實際胚胎即可模擬兩個有性生殖細胞相遇后的最初幾天發育情況。該研究發表在新一期《細胞·干細胞》雜志上。
團隊此次利用基于CRISPR的工程技術促使干細胞組織成“可編程”的胚胎樣結構，這也被稱為擬胚體，用于探索特定基因在早期發育中的作用。這些結構并非真正的胚胎，而是實驗室中培養的細胞集合體，它們能夠自我組織以模仿早期發育階段的部分特征。
一直以來，受精后最初幾天的過程都被科學界視為一個謎團：一個單一的細胞如何成長為復雜的有機體，這一過程吸引了來自不同領域的科學家的興趣。然而，由于某些動物的發育過程發生在子宮內部，這為直接觀察和研究帶來了挑戰，使得了解此過程中可能出現的問題以及環境因素如何影響胚胎形成變得尤為困難。
團隊采用了表觀基因組編輯器形式的CRISPR技術，這種方法不會切割DNA，而是通過修改其表達方式來調控基因活動。他們針對已知參與早期胚胎發育的關鍵基因區域，控制部分基因被激活，并誘導產生早期發育所需的主要細胞類型。這種新方法的優勢在于它允許不同的細胞類型更加自然地“共同發育”，比其他化學方法更接近于自然胚胎的形成過程。
實驗結果顯示，大約80%的干細胞能夠在幾天內組織成模擬胚胎最基本形式的結構，并經歷反映生物體發育過程的基因激活。此外，這些細胞在移動和組織時顯示出集體行為模式。這項技術不僅讓科學家能夠在實驗初期激活基因，還可以根據需要調整或修改對后續發育有重要意義的基因，使得胚胎模型具有高度可控性和可編程性，便于靶向測試對多個基因的影響。
這種模擬有助于更好地理解導致早期繁殖失敗的因素，特別是對人類，因為人類胚胎往往難以成功植入或建立正確的早期組織結構。因此新成果可為提高人類生育能力提供線索，并為深入探索早期胚胎發育開辟了新途徑。
