新闻 | 加州大学科学家用“程序化胚胎模型”还原生命起点，为人类生育研究打开新局
在受精之后的头几天内，一个单细胞如何转变为完整生命，这个过程至今仍是科学界最大的谜团之一。由于哺乳动物的早期胚胎发育大多在子宫内悄然进行，研究人员长期以来难以直接观察或干预这一阶段，这也成为阻碍我们理解胚胎为何“出错”的关键瓶颈。
但近日，加州大学圣克鲁兹分校的一项开创性研究正打破这一局限。他们通过先进的CRISPR技术，在不使用任何真实胚胎的情况下，人工构建出具有自我组织能力的“程序化胚胎模型”（Embryoids），首次在实验室“复刻”了生命起点的关键阶段。这项成果已发表在干细胞领域顶尖期刊《Cell Stem Cell》上。
“我们希望在培养皿中重建甚至改造自然现象，比如胚胎的形成过程，从而推动对早期发育障碍的研究。”
——本研究通讯作者、加州大学圣克鲁兹分校生物分子工程系助理教授Ali Shariati
从空白到生命蓝图：用CRISPR“编程”干细胞
这项研究由博士后Gerrald Lodewijk与校友、现任加州理工学院研究生Sayaka Kozuki共同主导，使用的是实验室中常用的小鼠干细胞。干细胞就像一张空白画布，理论上可以“变身”为任何一种细胞，例如大脑细胞或肠道细胞。
研究团队此次使用的是一种更温和的CRISPR变体——CRISPR激活系统（CRISPRa），它不会切割DNA，而是通过“调控”方式激活胚胎发育中关键的基因区域。这种方式就像精准“点火”，促使干细胞产生不同类型的原始胚胎细胞。
Lodewijk解释说：“我们不是给细胞外加某种刺激物，而是激活它们本身已经具备的基因开关，让它们自己去决定怎么走向‘生命的旅程’。”
令人惊艳的是，在实验中有超过80%的干细胞在数日内自发组织成类似早期胚胎的结构，并开始启动与天然胚胎高度一致的基因表达程序。
“这种自组织过程极具可比性：细胞好像早就知道自己该怎么做，我们只需要轻轻推一把。”
——Ali Shariati
看见生命如何“排兵布阵”
研究人员还观察到这些“准胚胎”细胞在培养皿中展现出集体行为，它们会进行旋转式迁移——这种行为被形容为“像鸟群一样有秩序”，最终形成令人惊叹的早期胚胎图谱。
与以往通过化学物质“强推”不同类型细胞生成的做法不同，这项研究所强调的“共发育”（co-development）过程，更贴近胚胎在体内自然演化的模式。
“我们不是一个细胞一个细胞单独制造，而是让它们像真实胚胎那样一起成长、彼此影响，这也重建了它们作为‘邻居’的生物记忆。”
——Shariati
生命模型可“编程”，揭示发育缺陷之谜
研究团队指出，这种胚胎模型最大优势在于它具备高度可编程性，不仅能研究最早的生命阶段，还能有计划地“开关”不同基因，观察哪些变化会造成细胞类型、组织结构甚至整个胚胎的发育失败。
这种方式提供了一种强大的实验平台，能在不使用真实胚胎的前提下模拟各种发育异常场景。
未来，这项技术有望被推广到其他物种，包括人类，让科学家有机会探究为何人类早期胚胎常常无法顺利着床或成功发育。Shariati表示：“我们现在可以更清楚地看到生命之初的‘瓶颈’，这对提升人类生育成功率意义重大。”
故事来源：
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在受精之后的头几天内，一个单细胞如何转变为完整生命，这个过程至今仍是科学界最大的谜团之一。由于哺乳动物的早期胚胎发育大多在子宫内悄然进行，研究人员长期以来难以直接观察或干预这一阶段，这也成为阻碍我们理解胚胎为何“出错”的关键瓶颈。
但近日，加州大学圣克鲁兹分校的一项开创性研究正打破这一局限。他们通过先进的CRISPR技术，在不使用任何真实胚胎的情况下，人工构建出具有自我组织能力的“程序化胚胎模型”（Embryoids），首次在实验室“复刻”了生命起点的关键阶段。这项成果已发表在干细胞领域顶尖期刊《Cell Stem Cell》上。
“我们希望在培养皿中重建甚至改造自然现象，比如胚胎的形成过程，从而推动对早期发育障碍的研究。”
——本研究通讯作者、加州大学圣克鲁兹分校生物分子工程系助理教授Ali Shariati
从空白到生命蓝图：用CRISPR“编程”干细胞
这项研究由博士后Gerrald Lodewijk与校友、现任加州理工学院研究生Sayaka Kozuki共同主导，使用的是实验室中常用的小鼠干细胞。干细胞就像一张空白画布，理论上可以“变身”为任何一种细胞，例如大脑细胞或肠道细胞。
研究团队此次使用的是一种更温和的CRISPR变体——CRISPR激活系统（CRISPRa），它不会切割DNA，而是通过“调控”方式激活胚胎发育中关键的基因区域。这种方式就像精准“点火”，促使干细胞产生不同类型的原始胚胎细胞。
Lodewijk解释说：“我们不是给细胞外加某种刺激物，而是激活它们本身已经具备的基因开关，让它们自己去决定怎么走向‘生命的旅程’。”
令人惊艳的是，在实验中有超过80%的干细胞在数日内自发组织成类似早期胚胎的结构，并开始启动与天然胚胎高度一致的基因表达程序。
“这种自组织过程极具可比性：细胞好像早就知道自己该怎么做，我们只需要轻轻推一把。”
——Ali Shariati
看见生命如何“排兵布阵”
研究人员还观察到这些“准胚胎”细胞在培养皿中展现出集体行为，它们会进行旋转式迁移——这种行为被形容为“像鸟群一样有秩序”，最终形成令人惊叹的早期胚胎图谱。
与以往通过化学物质“强推”不同类型细胞生成的做法不同，这项研究所强调的“共发育”（co-development）过程，更贴近胚胎在体内自然演化的模式。
“我们不是一个细胞一个细胞单独制造，而是让它们像真实胚胎那样一起成长、彼此影响，这也重建了它们作为‘邻居’的生物记忆。”
——Shariati
生命模型可“编程”，揭示发育缺陷之谜
研究团队指出，这种胚胎模型最大优势在于它具备高度可编程性，不仅能研究最早的生命阶段，还能有计划地“开关”不同基因，观察哪些变化会造成细胞类型、组织结构甚至整个胚胎的发育失败。
这种方式提供了一种强大的实验平台，能在不使用真实胚胎的前提下模拟各种发育异常场景。
未来，这项技术有望被推广到其他物种，包括人类，让科学家有机会探究为何人类早期胚胎常常无法顺利着床或成功发育。Shariati表示：“我们现在可以更清楚地看到生命之初的‘瓶颈’，这对提升人类生育成功率意义重大。”
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