科学家成功在实验室成功培育出脊索

摘要：研究人员在研究人类早期发育方面取得了重大进展，他们成功地制造出了实验室培育的脊索，这是脊椎动物的一个关键结构成分。该模型基于精心策划的一系列化学信号，模拟了人类躯干的早期阶段，其中包括神经和骨骼干细胞。这一突破为脊柱先天缺陷和椎间盘疾病提供了潜在的见解，标志

研究人员在研究人类早期发育方面取得了重大进展，他们成功地制造出了实验室培育的脊索，这是脊椎动物的一个关键结构成分。该模型基于精心策划的一系列化学信号，模拟了人类躯干的早期阶段，其中包括神经和骨骼干细胞。这一突破为脊柱先天缺陷和椎间盘疾病提供了潜在的见解，标志着人类发育障碍研究进入了一个新时代。

电子扫描显微镜图像，显示树干有机体碎片的细节。图片来源：Tiago Rito、Marie-Charlotte Domart

弗朗西斯-克里克研究所(Francis Crick Institute)的科学家们创建了人类干细胞模型，其中首次包括脊索--发育中胚胎的一种组织，它引导细胞形成脊柱和神经系统（躯干）。

这项研究成果今天（12月18日）发表在《自然》（Nature）上，标志着在了解人体如何在早期发育过程中形成方面取得了重大进展。

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。

由于其复杂性，以往人类躯干发育的实验室培养模型中明显缺乏脊索，因此这一突破对推进发育生物学的发展尤为重要。

电子扫描显微镜图像，显示树干有机体碎片的细节。图片来源：Tiago Rito、Marie-Charlotte Domart

在这项研究中，科学家们首先分析了鸡胚胎，以准确了解脊索是如何自然形成的。通过与已发表的小鼠和猴子胚胎信息进行比较，他们确定了形成脊索组织所需的分子信号的时间和顺序。

有了这一蓝图，他们产生了一连串精确的化学信号，并以此诱导人类干细胞形成脊索。

树干有机体的碎片用胶带固定。这些样本随后将涂上一层薄薄的铂，然后用电子显微镜进行成像。资料来源：Tiago Rito、Marie-Charlotte Domart

干细胞形成了一个微型"树干状"结构，并自发地伸长到1-2毫米长。它包含发育中的神经组织和骨骼干细胞，其排列模式与人类胚胎的发育模式如出一辙。这表明，脊索促使细胞在正确的时间、正确的位置成为正确类型的组织。

科学家们认为，这项工作有助于研究影响脊柱和脊髓的先天缺陷。它还能让人们深入了解影响椎间盘（椎骨之间的减震垫，由脊索发育而成）的情况。这些椎间盘会随着年龄的增长而退化，从而引起背痛。

详细的透明视频，显示躯干类器官内的脊索细胞（红色）和相关图案分子（青色）。灰色为细胞核。图片来源：Tiago Rito

发育动力学实验室组长、该研究的资深作者詹姆斯-布里斯科（James Briscoe）说："脊索就像发育中胚胎的全球定位系统，帮助建立身体的主轴，指导脊柱和神经系统的形成。到目前为止，我们还很难在实验室中生成这种重要的组织，这限制了我们研究人类发育和疾病的能力。现在，我们已经创建了一个有效的模型，这为研究我们一直不了解的发育状况打开了大门。"

躯干类器官表面的显微镜图像（右图）和计算机生成的图像（左图），绿色为脊索，周围是外层神经组织（紫色为骨架）。资料来源：Tiago Rito

该研究的第一作者、发育动力学实验室博士后研究员蒂亚戈-里托（Tiago Rito）说："找到产生脊索的确切化学信号就像找到了正确的配方。以前在实验室培育脊索的尝试之所以失败，可能是因为我们不知道添加成分所需的时间。特别令人兴奋的是，我们在实验室培育的结构中的脊索似乎与发育中胚胎的功能类似。它发出化学信号，帮助组织周围的组织，就像在典型的发育过程中一样。"