我国科研团队在人类早期发育与器官再生领域取得里程碑式突破。中国农业大学生物学院魏育蕾教授团队联合中国科学院动物研究所于乐谦研究员团队,成功构建世界首个人类胚盘样原肠模型,首次在体外精准、完整重现人类胚胎原肠运动及器官有序形成的动态全过程,破解了人类早期器官发育研究的长期难题。相关研究成果于6月24日正式发表于国际顶级学术期刊《细胞》。
人类从受精卵发育为完整机体,核心关键便是胚胎原肠运动,这是躯干结构成型、各类器官前体分化形成的核心发育阶段。该过程发生于母体子宫内,受伦理限制和观测条件制约,长期以来人类原肠运动的诱发机制、细胞迁移规律、器官分化时序等核心问题,都是发育生物学领域的未解谜题,也极大制约了人类早期发育疾病研究、器官再生医学的发展。
依托前期3D人类数字胚胎研究的扎实基础,本次联合攻关团队突破传统体外培养技术瓶颈,精准模拟人类胚盘的物理结构与生理微环境,成功搭建出与天然人类胚胎胚盘结构、发育状态高度契合的体外类胚盘模型。该模型可自主生成原条样核心结构,精准复刻受精后14天左右人类胚胎启动原肠运动的关键节点,完整还原天然胚胎发育过程中细胞定向迁移、细胞命运转变、组织分层构建等一系列核心生物学事件。
据实验观测数据显示,经过悬浮延长培养后,超80%的体外模型可自主完成进阶发育,形成伸长、多层化的三维胚胎样结构。更重要的是,模型可自发分化生成神经管、原始肠管等核心组织雏形,同步培育出肺、肝、胰等重要内脏器官前体细胞,甚至成功形成具备自主节律性收缩功能的原始心腔,全方位复刻了人类早期器官发生的完整动态过程。
相较于传统类器官研究仅能培育单一组织器官的局限,本次构建的胚盘样原肠模型实现了多器官谱系的协同发育,完美还原了人体器官自然生成的时序性、关联性和整体性,攻克了体外发育模型“结构单一、发育碎片化、时序紊乱”的行业痛点。同时,该技术规避了人类胚胎样本研究的伦理约束,为人类早期发育研究提供了安全、高效、可重复的全新研究载体。
业内专家表示,这项原创性科研成果具有重大的基础研究价值与临床转化前景。在基础科研层面,它为解析人类胚胎发育机理、追溯先天性器官缺陷、发育畸形的致病源头提供了直观、精准的研究平台;在应用转化层面,该技术打通了人类器官种子细胞体外规模化制备的新路径,为再生医学、器官移植、疾病建模、靶向药物筛选等领域开辟了全新技术体系。
此次突破标志着我国在人类早期胚胎发育、体外器官重构领域跻身国际领先行列,不仅补齐了我国发育生物学基础研究的关键短板,也为未来攻克器官衰竭疑难病症、推动个性化再生医疗落地、助力生物医药产业创新发展奠定了坚实的技术基础。