首先看看塑造人类胚胎的最早决定

塑造细胞命运的因素，如完全形成的人的命运，仍然是一个神秘的东西。例如，为什么人类胚胎中的一个干细胞会变成神经元而不是肌肉细胞?为什么另一个人决定建造软骨而不是心脏组织?

洛克菲勒科学家团队在Ali H. Brivanlou的指导下进行的新研究阐明了决定细胞命运的分子电路。他们的作品出现在“自然”杂志上，为研究人类发展的最早阶段建立了一个新的平台，可以为各种疾病带来新的治疗方法。

组织天才

科学家已经知道，胚胎干细胞可以分化成任何身体的特殊细胞类型：骨骼和脑，肺和肝脏。

他们还知道在两栖动物和鱼类胚胎中发现的特殊细胞群在塑造早期发育结构中起着重要作用。这些被称为“组织者”的群体发出分子信号，指导其他细胞以特定方式生长和发育。当一个组织者从一个胚胎移植到另一个胚胎时，它会刺激它的新宿主产生一个二级脊柱和中枢神经系统，完整的脊髓和大脑。

然而，由于限制人类胚胎实验的伦理准则，他们不知道人类是否存在类似的组织者。

为了确定它是否可能，Brivanlou和他的团队进行了一系列涉及人工胚胎的实验：实验室从人类胚胎干细胞生长的细小细胞簇，大约一毫米。尽管这些人工仿真与它们的天然对应物相差甚远，但它们仍含有许多存在于真正人类胚胎中的细胞和组织，并且可以用作真实物质的实验替身。

以前的研究表明，三种不同的信号通路驱动动物的早期胚胎发育，如小鼠和青蛙。通过激活限制在培养皿中的人工胚胎中的这些途径，Brivanlou和他的同事表明，相同的分子信号也可以促进人体细胞的发育。当以正确的顺序给出这些信号时，人造胚胎甚至产生了他们自己的组织者。

然而，细胞在培养皿中可以做什么，以及它们将在真正的胚胎内做什么之间存在差异。

为了验证他们的初步发现，研究人员因此将人工胚胎移植到真正的鸡胚上 - 但是在他们用荧光标记物标记人类细胞之前不能让他们在显微镜下精确跟踪细胞。接下来发生的事情让他们感到惊讶。

分工

将细胞从一个物种移植到另一个物种并不一定容易：该团队之前将人工胚胎与真正的小鼠胚胎结合起来的尝试证明非常困难，并且没有人成功地将人类胚胎细胞移植到早期的鸟类胚胎上。

然而，一旦它们被引入它们的禽类宿主，人类细胞就开始为第二脊柱和神经系统奠定基础 - 这一行为清楚地宣告了真正的人类组织者的存在。

“令我惊讶的是，贪污不仅幸免于难，而且实际上产生了这些组织得很好的结构，”Brivanlou说。

他对这些结构的来源更加惊讶。虽然最终将包含第二个脊柱的软骨和骨组织的祖细胞完全由人类细胞组成，但最终形成其伴随的脊髓和脑的神经组织的起点仅由鸡细胞组成。

根据Brivanlou的说法，人类细胞能够在鸟类的胚胎中构建新结构这一事实 - 与恐龙关系比与我们更密切相关 - 表明动物细胞选择特定命运的能力已得到保护。数亿年的进化。

但是，这些相同的人类细胞能够指导雏鸡细胞成为神经组织的事实也表明，参与细胞通讯的分子 - 细胞彼此发送以影响其命运的实际信号 - 已经被保存了很长时间。

“一旦你将人类组织者移植到鸡胚中，它用来指导鸟类细胞建立大脑和神经系统的语言与两栖动物和鱼类使用的语言完全相同，”Brivanlou说。

回顾过去

了解未分化的干细胞如何成为一种特殊的组织对于再生医学至关重要，再生医学依赖于基于干细胞的技术来治愈和恢复衰竭的组织，甚至用新生的组织替代它们。

此外，Brivanlou和他的团队发明的以鸡为基础的嫁接方法代表了一种强大的新工具，用于研究人类最早的发育阶段 - 他们已经在其他研究中使用的工具。通过提供正常细胞分化和组织形成的窗口，他们的方法应该帮助科学家了解在生命的最初时刻事情何时以及如何出错。

反过来，这可能会导致预防流产和出生缺陷的新方法，以及从癌症到糖尿病等疾病的新疗法。

“如果你想了解一些事情，你必须首先了解它的起源，”Brivanlou说。“如果我们想要了解人类疾病的起源，我们必须开发出与人体细胞一起工作的方法。”