3D打印助力人類胚胎干細(xì)胞研究突破

       對于人類胚胎干細(xì)胞（HESC）的研究，多年來一直是爭論的中心。 這主要是由于道德問題。人類胚胎干細(xì)胞是否應(yīng)該擁有與人相同的基本道德地位？這個問題恐怕很多人都難以回答。
       多年來，科學(xué)家們一直在尋找各種方法繞開這個道德困境，想出了各種似乎比摧毀一個實際的胚胎獲得HESC更人性化的方法。因此對于研究人員而言，得到胚胎干細(xì)胞并不是主要問題，而是研究人員們發(fā)現(xiàn)，他們非常難以可靠地刺激胚胎干細(xì)胞，使其按照研究人員的要求形成特定的人體組織。
        胚胎干細(xì)胞最突出的特點就是，它可以變成人體內(nèi)220個不同類型的細(xì)胞之中的任何一種細(xì)胞。 這220種細(xì)胞主要來源于胚胎干細(xì)胞的三個胚層：外胚層、內(nèi)胚層和中胚層。當(dāng)研究人員試圖在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞時，它們一直無法區(qū)分自己身處何地。這是由因為在人體中，周圍組織會發(fā)出化學(xué)信號，告訴胚胎干細(xì)胞它們在哪個區(qū)域，應(yīng)該生成什么組織。而在實驗室中一直無法完全模擬這種環(huán)境，因此，研究人員發(fā)現(xiàn)，胚胎干細(xì)胞不能向正確的方向分化。

用顏色標(biāo)志的各種細(xì)胞的分化

       為了彌補(bǔ)這一化學(xué)信號的不足，許多研究人員一直試圖在實驗室中用各種化學(xué)物質(zhì)創(chuàng)造自己的信號，“哄騙”胚胎干細(xì)胞向正確的方向分離，但是均不成功。
       近日，在權(quán)威科學(xué)雜志《Nature》的網(wǎng)站上發(fā)表的一篇論文表明，洛克菲勒大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)和分子胚胎實驗室的研究人員在Ali Brivanlou、Robert和Harriet Heilbrunn的領(lǐng)導(dǎo)下，采取了完全不同的方法。他們不是依靠化學(xué)信號來刺激這三個不同的胚層的分離，反而在3D打印技術(shù)的幫助下轉(zhuǎn)向了幾何方法。
      研究人員使用一種被稱為聚二甲基硅氧烷（PDMS）的有機(jī)硅類彈性體3D打印出模具，并將胚胎干細(xì)胞放入。據(jù)了解，通過3D打印，他們能夠控制各個模具的深度、形狀和直徑，這意味著他們可以決定每個胚胎干細(xì)胞群落的確切尺寸和形狀。他們還發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞在模具內(nèi)的分布是非常均勻的，這意味著研究人員能夠更好地控制每個模具內(nèi)的細(xì)胞生長。然后，他們向各個模具里導(dǎo)入各種不同的刺激，使他們能夠確定哪種模具里的胚胎干細(xì)胞可以生長成什么樣的細(xì)胞類型。3D打印模具使研究人員能夠確保每個細(xì)胞集落彼此分開。于是第一次，他們不僅能“哄騙”細(xì)胞彼此區(qū)分，還能控制每個單獨的細(xì)胞群落形成的確切位置。

各種分離的胚層

       “在最基本的層面，我們已經(jīng)開發(fā)出了一個新的模式，探討人類胚胎干細(xì)胞是如何首先以一種非常可重復(fù)的空間秩序（reproducible spatial order）分化出不同的細(xì)胞群落，就像在一個胚胎中那樣。”該項目的博士后研究生Aryeh Warmflash說。
      “我們現(xiàn)在可以實時追蹤單個細(xì)胞，找出是什么使他們分化，我們可以開始探索關(guān)于這個過程的遺傳學(xué)基礎(chǔ)問題。當(dāng)它們在發(fā)展時，這些細(xì)胞具有強(qiáng)大的內(nèi)在傾向去形成某種模式。細(xì)胞群落的不同幾何形狀可能會變成用來引導(dǎo)干細(xì)胞形成特定細(xì)胞類型或組織的重要工具。”
        這些研究人員使用的方法很有可能被證明是邁向未來干細(xì)胞療法的重要一步，甚至可以實現(xiàn)受損或失去的人體組織的再生。