3D打印助力人類胚胎干細胞研究突破

       對于人類胚胎干細胞（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。人類胚胎干細胞是否應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。
        胚胎干細胞最突出的特點就是，它可以變成人體內220個不同類型的細胞之中的任何一種細胞。 這220種細胞主要來源于胚胎干細胞的三個胚層：外胚層、內胚層和中胚層。當研究人員試圖在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)胚胎干細胞時，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)出化學信號，告訴胚胎干細胞它們在哪個區(qū)域，應該生成什么組織。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)，胚胎干細胞不能向正確的方向分化。

用顏色標志的各種細胞的分化

       為了彌補這一化學信號的不足，許多研究人員一直試圖在實驗室中用各種化學物質創(chuàng)造自己的信號，“哄騙”胚胎干細胞向正確的方向分離，但是均不成功。
       近日，在權威科學雜志《Nature》的網(wǎng)站上發(fā)表的一篇論文表明，洛克菲勒大學干細胞生物學和分子胚胎實驗室的研究人員在Ali Brivanlou、Robert和Harriet Heilbrunn的領導下，采取了完全不同的方法。他們不是依靠化學信號來刺激這三個不同的胚層的分離，反而在3D打印技術的幫助下轉向了幾何方法。
      研究人員使用一種被稱為聚二甲基硅氧烷（PDMS）的有機硅類彈性體3D打印出模具，并將胚胎干細胞放入。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胞群落的確切尺寸和形狀。他們還發(fā)現(xiàn)，細胞在模具內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的細胞生長。然后，他們向各個模具里導入各種不同的刺激，使他們能夠確定哪種模具里的胚胎干細胞可以生長成什么樣的細胞類型。3D打印模具使研究人員能夠確保每個細胞集落彼此分開。于是第一次，他們不僅能“哄騙”細胞彼此區(qū)分，還能控制每個單獨的細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，探討人類胚胎干細胞是如何首先以一種非常可重復的空間秩序（reproducible spatial order）分化出不同的細胞群落，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胞，找出是什么使他們分化，我們可以開始探索關于這個過程的遺傳學基礎問題。當它們在發(fā)展時，這些細胞具有強大的內在傾向去形成某種模式。細胞群落的不同幾何形狀可能會變成用來引導干細胞形成特定細胞類型或組織的重要工具?！?br />         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。