當科學家們談論實驗室干細胞是全能性還是多能性時，他們的意思是這些干細胞如胚胎那樣有潛力產(chǎn)生體內(nèi)的任何組織。然而，全能性干細胞（totipotentstemcell）與多能性干細胞（pluripotentstemcell，PSC）的差別在于前者能夠產(chǎn)生支持胚胎的組織，如胎盤。這些組織被稱作胚外組織（extra-embryonictissue），在發(fā)育和健康生長中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

　　如今，在一項新的研究中，來自中國北京大學和美國沙克研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)一種化學混合物能夠讓體外培養(yǎng)的小鼠PSC和人PSC做到這一點：產(chǎn)生胚胎組織和胚外組織。他們的方法可能對哺乳動物發(fā)育提供新的見解，也有助更好地建立疾病模型，開發(fā)藥物，甚至實現(xiàn)組織再生。這種新的方法有望特別適合于為影響胚胎著床和胎盤功能的早期發(fā)育過程和疾病建立模型，并且可能為改進體外受精技術(shù)鋪平道路。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年4月6日的Cell期刊上，論文標題為“DerivationofPluripotentStemCellswithInVivoEmbryonicandExtraembryonicPotency”。論文通信作者為來自北京大學鄧宏魁教授、北京大學人民醫(yī)院生殖中心沈浣教授和沙克研究所JuanCarlosIzpisuaBelmonte教授。

　　在胚胎發(fā)育期間，受精卵和它的初始細胞被認為是全能性的，這是因為它們能夠產(chǎn)生所有的胚胎細胞系和胚外細胞系。然而，在體外獲得具有這種發(fā)育潛能的干細胞一直干細胞生物學領(lǐng)域的一個重大挑戰(zhàn)。這項研究是世界上首次報道獲得一種穩(wěn)定的有潛能產(chǎn)生胚胎細胞系和胚外細胞系的全能性樣干細胞（totipotent-likestemcell）。

　　一旦哺乳動物卵子受精，開始發(fā)生細胞分裂，新產(chǎn)生的細胞就分成兩類：一類細胞產(chǎn)生胚胎；另一類細胞產(chǎn)生支持性組織，如胎盤和羊膜囊。鑒于這種分工發(fā)生得相對較早，科學家們經(jīng)常不能夠穩(wěn)定地維持體外培養(yǎng)的全能性干細胞系。這種新發(fā)現(xiàn)的化學混合物能夠讓PSC穩(wěn)定地產(chǎn)生胚胎細胞系和胚外細胞系，也正因如此，這些研究人員將它們稱作為潛能擴展的多能性干細胞（extendedpluripotentstemcell，EPS）。

　　發(fā)現(xiàn)EPS細胞為開發(fā)出一種建立具有哺乳動物中的擴展發(fā)育潛能的干細胞的通用方法提供一種潛在的機會。重要的是，EPS細胞可高效地嵌合到小鼠不同發(fā)育時期的胚胎組織和胚外組織中，而且它們還具有優(yōu)異的異種嵌合能力，這就使得它們對利用多種宿主動物物種研究發(fā)育、進化和人類器官再生是特別有價值的。

　　為了開發(fā)出這種化學混合物，這些研究人員首次對支持多能性的化合物進行篩選。他們發(fā)現(xiàn)四種化學物（即LIF、CHIR、DiM和MiH）和一種生長因子的簡單組合能夠讓人PSC穩(wěn)定地維持在一種在發(fā)育上不那么成熟的狀態(tài)，從而允許它們更加高效地在發(fā)育中的小鼠胚胎內(nèi)形成嵌合體（來自兩種不同物種的細胞混合物）。他們也將這些同樣的物質(zhì)添加給小鼠PSC，獲得小鼠EPS細胞，結(jié)果令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，這些小鼠EPS細胞不僅能夠產(chǎn)生胚胎組織，而且也能夠分化為胚外細胞系。再者，他們發(fā)現(xiàn)這些EPS細胞具有優(yōu)異的形成嵌合體的能力，而且單個這樣的EPS細胞能夠產(chǎn)生一只完整的成年小鼠。對這個領(lǐng)域而言，這一發(fā)現(xiàn)是史無前例的。

　　人EPS細胞和小鼠EPS細胞的優(yōu)異嵌合能力在培育轉(zhuǎn)基因動物模型和產(chǎn)生替換組織等應用中是優(yōu)勢的。這些研究人員如今正在開展測試以便觀察人EPS細胞是否更加高效地在嵌入到豬體內(nèi)。豬的器官大小和生理學特征更接近于人類。2017年1月，沙克研究所的研究人員已在發(fā)表Cell期刊上的一項研究中報道，人EPS細胞與跨物種的囊胚互補（blastocystcomplementation）平臺相結(jié)合有巨大的潛力在豬體內(nèi)再生人器官以便滿足不斷增加的供者器官需求。這些研究人員認為，獲得一種穩(wěn)定的全能性樣干細胞系將在干細胞領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛而又響亮的影響。