Research press release



Developmental biology: Human blastocyst-like structures generated in a dish

実験室でのヒト胚盤胞様構造の作製について記述した2編の論文が、Nature に掲載される。今回の知見は、ヒトの初期発生を研究するためのモデルをもたらし、初期の発生異常に関する識見につながり、新しい体外受精(IVF)関連治療の開発に役立つ可能性がある。


今回、Jose Poloたちは、実験室内で、結合組織中の主な細胞タイプであるヒト繊維芽細胞を再プログラム化し、ヒト胚盤胞の3次元モデル「iBlastoid(誘導ブラストイド)」を作製した。Poloたちは、iBlastoidが、胚盤胞の全体的な構造をモデル化しており、多能性幹細胞と栄養膜幹細胞を生み出せることを見いだした。またPoloたちは、着床の初期段階のいくつかの側面をモデル化することもできた。しかしPoloたちは、iBlastoidはヒト胚盤胞と同等と見なすべきではないと指摘している。

別の研究では、Jun Wuたちが、ヒト多能性幹細胞から胚盤胞様構造「ヒトブラストイド」を作り出す3次元培養戦略を開発した。ヒトブラストイドは、その形態、サイズ、細胞数、さまざまな細胞系譜の組成において、ヒト胚盤胞と類似している。ヒトブラストイドは、胚性幹細胞と胚体外幹細胞を作り出すことができ、着床前後のヒト胚の特徴を有する構造へと自己組織化できる。さらに、Wuたちは、ブラストイドの空洞部の形成におけるプロテインキナーゼCシグナル伝達の役割を明らかにした。ただしWuたちは、ヒトブラストイドはヒト胚盤胞と同等ではなく、生存可能な胚を生み出すことはできないと強調している。

以上の2つのモデルは、ヒトの初期発生の重要な側面を再現しているが、実際のヒト胚との相違点が一定数存在するため、ヒト胚と同等のものと考えるべきではない。同時掲載のNews & Viewsで、Yi ZhengとJianping Fuは、プロトコルが最適化されれば、これらのブラストイドがヒト胚盤胞をより厳密に模倣するようになり、そのため生命倫理上の問題が生じると指摘しており、「従って、ヒトブラストイドを含むヒト胚モデルの開発研究を続けるためには、そのような研究の科学的意義だけでなく、その研究が提起する社会的問題と倫理的問題について、公に議論する必要がある」と述べている。

The generation of human blastocyst-like structures in the laboratory is described in a pair of papers published in Nature. The findings provide a model for studying early human development, and may lead to insights into early developmental defects, as well as aiding in the development of new in vitro fertilization (IVF)-associated therapies.

A few days after an egg has been fertilized, it develops into a blastocyst. This is a spherical structure made up of an outer layer of cells surrounding a fluid-filled cavity that contains a mass of embryonic cells. However, our understanding of early human embryonic development has been limited by a lack of appropriate models. Human blastocysts donated to research following IVF have provided insights, but their availability and use is limited. Recently, mouse blastocyst-like structures called blastoids have been produced in the laboratory, which model several aspects of early development in mice. However, the generation of similar blastoids from human cells has not previously been reported.

Jose Polo and colleagues reprogrammed human fibroblasts — the main cell type found in connective tissue — to produce three-dimensional models of the human blastocyst in the laboratory, which they called ‘iBlastoids’ (induced blastoids). The authors found that iBlastoids model the overall architecture of blastocysts and are capable of giving rise to pluripotent and trophoblast stem cells. They were also able to model several aspects of the early stage of implantation. However, they note that the iBlastoids should not be considered as an equivalent to human blastocysts.

In a separate study, Jun Wu and colleagues developed a three-dimensional culture strategy that allowed them to generate blastocyst-like structures, which they term ‘human blastoids’, from human pluripotent stem cells. The human blastoids resembled human blastocysts in their morphology, size, cell number and composition of different cell lineages. Human blastoids are able to generate embryonic and extraembryonic stem cells and can self-organize into structures with features of peri-implantation human embryos. In addition, the authors discovered the role of protein kinase C signaling in blastoid cavity formation. They emphasize that human blastoids are not equivalent to human blastocysts and are unable to give rise to a viable embryo.

Although these two models reproduce key aspects of early human development, they present a number of differences to actual human embryos and therefore should not be considered as such. Yi Zheng and Jianping Fu note in an accompanying News & Views that as protocols are optimized, these blastoids will more closely mimic human blastocysts, raising bioethical questions. “Thus, the continuous development of human embryo models, including human blastoids, calls for public conversations on the scientific significance of such research, as well as on the societal and ethical issues it raises.”

doi: 10.1038/s41586-021-03372-y

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