研究人員在研究人類早期發育方面取得了重大進展，他們成功地製造出了實驗室培育的脊索，這是脊椎動物的關鍵結構成分。該模型基於精心策劃的一系列化學訊號，模擬了人類軀幹的早期階段，其中包括神經和骨骼幹細胞。 這項突破為脊椎先天缺陷和椎間盤疾病提供了潛在的見解，標誌著人類發展障礙研究進入了一個新時代。

電子掃描顯微鏡影像，顯示樹幹有機體碎片的細節。 圖片來源：Tiago Rito、Marie-Charlotte Domart

弗朗西斯-克里克研究所(Francis Crick Institute)的科學家們創建了人類幹細胞模型，其中首次包括脊索–發育中胚胎的一種組織，它引導細胞形成脊柱和神經系統（軀幹）。

這項研究成果今天（12月18日）發表在《自然》（Nature）上，標誌著在了解人體如何在早期發育過程中形成方面取得了重大進展。

脊索是一种杆状组织，是人体发育过程中的重要结构导向。 它是所有脊椎动物的显著特征，在胚胎生长过程中对组织起着关键作用。

由於其複雜性，以往人類軀幹發育的實驗室培養模型中明顯缺乏脊索，因此這項突破對推進發育生物學的發展尤其重要。

電子掃描顯微鏡影像，顯示樹幹有機體碎片的細節。 圖片來源：Tiago Rito、Marie-Charlotte Domart

在這項研究中，科學家首先分析了雞胚胎，以準確了解脊索是如何自然形成的。 透過與已發表的小鼠和猴子胚胎資訊進行比較，他們確定了形成脊索組織所需的分子訊號的時間和順序。

有了這張藍圖，他們產生了一連串精確的化學訊號，並以此誘導人類幹細胞形成脊索。

樹幹有機體的碎片用膠帶固定。 這些樣本隨後將塗上一層薄薄的鉑，然後用電子顯微鏡進行成像。 資料來源：Tiago Rito、Marie-Charlotte Domart

幹細胞形成了一個微型”樹幹狀”結構，並自發性地伸長到1-2毫米長。 它包含發育中的神經組織和骨骼幹細胞，其排列模式與人類胚胎的發育模式如出一轍。 這表明，脊索促使細胞在正確的時間、正確的位置成為正確類型的組織。

科學家認為，這項工作有助於研究影響脊椎和脊髓的先天缺陷。 它也能讓人們深入了解影響椎間盤（椎骨之間的減震墊，由脊索發育而成）的情況。 這些椎間盤會隨著年齡的增長而退化，進而引起背痛。

詳細的透明視頻，顯示軀幹類器官內的脊索細胞（紅色）和相關圖案分子（青色）。 灰色為細胞核。 圖片來源：Tiago Rito

發育動力學實驗室組長、該研究的資深作者詹姆斯-布里斯科（James Briscoe）說：”脊索就像發育中胚胎的全球定位系統，幫助建立身體的主軸，指導脊柱和神經系統的形成。到目前為止，我們還很難在實驗室中產生這種重要的組織，這限制了我們研究人類發育和疾病的能力。發育狀況打開了大門。

軀幹類器官表面的顯微鏡影像（右圖）和電腦生成的影像（左圖），綠色為脊索，周圍是外層神經組織（紫色為骨架）。 資料來源：Tiago Rito

研究的第一作者、發育動力學實驗室博士後研究員蒂亞戈-里托（Tiago Rito）說：”找到產生脊索的確切化學信號就像找到了正確的配方。以前在實驗室培育脊索的嘗試之所以失敗，可能是因為我們不知道添加成分所需的時間。周圍的組織，就像在典型的發育過程中一樣。

人類軀幹器官的切片。 脊索（綠色）使神經組織（藍色）形成圖案（洋紅色）。 細胞核染成白色。 圖片來源：Tiago Rito

編譯自/ ScitechDaily