在一項新的研究中，來自中國科學院和深圳華大基因研究院等研究機構的研究人員在世界上首次宣布發現了一種無轉基因、快速和可控的方法，將人類多能性幹細胞轉化為真正的8細胞階段全能性胚胎樣細胞（8-cell totipotent embryo-like cell），這就為器官再生和合成生物學的進步鋪平了道路。相關研究結果於2022年3月21日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage」。
這些作者利用華大基因研究院的先進單細胞測序技術來協助將人類多能性幹細胞---早期胚胎細胞的「成體」版本---轉化為一種更「年幼的」細胞版本，即8細胞階段全能性胚胎樣細胞。這些8細胞階段全能性胚胎樣細胞重現了人類合子基因組的激活，並保留所有具有發育潛力的細胞譜系。
這些8細胞階段全能性胚胎樣細胞將來可能能夠用於再生醫學，以使已經生病的人類器官再生，減少世界對器官捐贈的依賴。它們還可以用來產生人工囊胚或類囊胚。此外，它們將有助於研究人類胚胎發育，幫助治療與發育有關的早期疾病，還能防止懷孕失敗。
雖然這種將多能性幹細胞轉化為囊胚內的內細胞團樣細胞（inner cell mass-like cell）的技術已經存在了一段時間，但是這項研究是科學家們首次建立了讓多能性幹細胞返回到與8細胞胚胎相匹配的人類發育周期中真正的早期階段的方法，這將有助於擴大對人類早期胚胎發育的了解。最重要的是，這些作者隨後能夠證實經過轉化後產生的8細胞階段全能性胚胎樣細胞能夠在體內產生胎盤細胞---這是世界上第一次做到這一點。
論文共同通訊作者、中國科學院的Miguel A. Esteban教授、Md. Abdul Mazid博士和Li Wenjuan博士說，「這些8細胞階段全能性胚胎樣細胞僅在3次分裂後就能重現受精卵的胚胎狀態。與報導的多能性幹細胞相比，這些細胞不僅可以分化成胎盤組織，而且有可能發育成更成熟的器官，這就為全世界數百萬需要器官移植的患者帶來了好消息。」
論文共同通訊作者、深圳華大基因研究院的Liu Longqi博士說，「這一突破也是再生醫學和單細胞測序技術相結合的一個完美例子。通過大規模的單細胞多組學分析，對幹細胞技術在體外或體內獲得的細胞或組織進行高效和精確的鑑定，將極大地加快再生醫學研究。」
處於這種早期發育階段的細胞可以被描述為「全能性」，這意味著它們有潛力產生所有類型的早期胚胎細胞，而這些早期胚胎細胞接著又能產生發育所需的組織和器官。這項新的研究建立在以前對囊胚階段的多能性幹細胞的工作基礎上，處於這個囊胚階段的細胞有可能產生範圍更小的不同細胞和組織。
這項新研究的突破得益於單細胞測序技術的進步。華大基因研究院的單細胞文庫測序平台與它的測序技術相結合，能夠以低成本進行廣泛和多維度的單細胞分析，具有高靈敏度和準確性。
這些作者利用一種化學混合物處理人類多能性幹細胞，以獲得8細胞階段全能性胚胎樣細胞。在其他實驗中，這些細胞經分選後被注射到小鼠體內進行進一步發育，然後用華大基因研究院的單細胞基因組分析法進行分析。這項創新技術有助於科學家們識別和分離出這些8細胞階段全能性胚胎樣細胞，並證實它們具有「全能性」能力，能夠在體內分化為參與胎盤產生的細胞。
這些作者取得的進展最終有可能使個體化器官再生成為現實。在通常情況下，那些需要器官移植的人唯一的途徑是找到匹配的器官供者。該過程並非萬無一失。如果供者的血清型與受者的血清型差別太大，器官移植就會失敗。一種不同的旨在通過基因編輯使用於移植的動物器官適應人類的方法也處於起步階段。
這一成就還為早期胚胎發育的基礎研究提供了一種新的體外研究系統，有助於我們了解早期胚胎發育和疾病發生之間的關係，以及研究和治療出生缺陷和各種發育疾病。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
Md. Abdul Mazid et al. Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage. Nature, 2022,
doi:10.1038/s41586-022-04625-0.