當(dāng)科學(xué)家們談?wù)搶?shí)驗(yàn)室干細(xì)胞是全能的或多能的時(shí)，它們意味著細(xì)胞具有像胚胎一樣發(fā)展成體內(nèi)任何類型組織的潛力。然而，多能干細(xì)胞可以做多能干細(xì)胞不能發(fā)育成支持胚胎的組織，如胎盤。這些被稱為胚胎外胚胎組織，在發(fā)育和健康成長(zhǎng)中至關(guān)重要。

現(xiàn)在，Salk研究所的科學(xué)家與來(lái)自中國(guó)北京大學(xué)的研究人員合作，報(bào)告他們發(fā)現(xiàn)了一種化學(xué)混合物，使培養(yǎng)的小鼠和人類干細(xì)胞能夠做到這一點(diǎn)：產(chǎn)生胚胎和胚胎外組織。他們的技術(shù)，在2017年4月6日的細(xì)胞雜志上描述，可以產(chǎn)生對(duì)哺乳動(dòng)物發(fā)育的新見解，從而導(dǎo)致更好的疾病模擬，藥物發(fā)現(xiàn)甚至組織再生。預(yù)計(jì)這種新技術(shù)對(duì)于模擬早期發(fā)育過(guò)程和影響胚胎植入和胎盤功能的疾病特別有用，可能為改進(jìn)體外受精技術(shù)鋪平了道路。

“在胚胎發(fā)育過(guò)程中，受精卵及其初始細(xì)胞都被認(rèn)為是全能的，因?yàn)樗鼈兛梢援a(chǎn)生所有胚胎和胚胎外胚胎。然而，體外捕獲具有這種發(fā)育潛力的干細(xì)胞一直是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。干細(xì)胞生物學(xué)，“Salk教授Juan Carlos Izpisua Bemonte說(shuō)，他是該論文的共同高級(jí)作者，也是Salk Roger Guillemin主席的持有人。“這是第一份報(bào)告推導(dǎo)出穩(wěn)定干細(xì)胞類型的研究，該類型顯示出對(duì)胚胎和胚胎外譜系具有全能性的雙向發(fā)育潛力。”

一旦哺乳動(dòng)物卵子受精并開始分裂，新細(xì)胞就會(huì)分成兩組：那些將發(fā)育成胚胎的細(xì)胞和那些會(huì)發(fā)育成支持組織的細(xì)胞，如胎盤和羊膜囊。由于這種分工相對(duì)較早發(fā)生，研究人員往往不能穩(wěn)定地維持培養(yǎng)的細(xì)胞系，直到細(xì)胞已經(jīng)通過(guò)它們?nèi)匀豢梢猿蔀槿魏我环N類型的點(diǎn)。新發(fā)現(xiàn)的雞尾酒使干細(xì)胞能夠穩(wěn)定地成為任何一種類型，導(dǎo)致Salk團(tuán)隊(duì)將它們稱為擴(kuò)展的多能干(EPS)細(xì)胞。

“EPS細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)提供了開發(fā)一種通用方法來(lái)建立干細(xì)胞的潛在機(jī)會(huì)，這種方法可以延長(zhǎng)哺乳動(dòng)物的發(fā)育潛力，”Salk的資深科學(xué)家Jun Wu說(shuō)道，他是該論文的第一作者之一。“重要的是，EPS細(xì)胞的優(yōu)良種間嵌合能力使它們對(duì)于研究使用宿主動(dòng)物物種的發(fā)育，進(jìn)化和人體器官生成特別有價(jià)值。”

為了開發(fā)他們的雞尾酒，Salk團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)的團(tuán)隊(duì)一起首先篩選了支持多能性的化合物。他們發(fā)現(xiàn)，四種化學(xué)物質(zhì)和一種生長(zhǎng)因子的簡(jiǎn)單組合可以穩(wěn)定人類多能干細(xì)胞在發(fā)育不太成熟的狀態(tài)下，從而使它們能夠更有效地促進(jìn)發(fā)育中的小鼠胚胎中嵌合體(來(lái)自兩個(gè)不同物種的細(xì)胞混合物)的形成。他們還對(duì)小鼠細(xì)胞應(yīng)用了相同的因子，并且令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，新衍生的小鼠干細(xì)胞不僅可以產(chǎn)生胚胎組織類型，還可以從胚胎外譜系分化成細(xì)胞。此外，研究小組發(fā)現(xiàn)，新的小鼠干細(xì)胞具有更強(qiáng)的形成嵌合體的能力，單個(gè)細(xì)胞可以產(chǎn)生整個(gè)成年小鼠，這在該領(lǐng)域是前所未有的。

“人類和小鼠EPS細(xì)胞的優(yōu)異嵌合能力在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的產(chǎn)生和替代器官的生產(chǎn)等應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)，”吳補(bǔ)充說(shuō)。“我們現(xiàn)在正在測(cè)試人類EPS細(xì)胞是否對(duì)豬的嵌合體貢獻(xiàn)更有效，其器官大小和生理學(xué)更接近人類。”人類EPS細(xì)胞與2017年1月在Cell的Salk團(tuán)隊(duì)報(bào)告的種間囊胚互補(bǔ)平臺(tái)相結(jié)合，為豬的人體器官的生成提供了巨大的潛力，以滿足對(duì)供體器官不斷增長(zhǎng)的需求。

“我們相信，具有類似全能特征的穩(wěn)定干細(xì)胞系的衍生將對(duì)干細(xì)胞領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛而響亮的影響，”Izpisua Belmonte說(shuō)。