在过去的十年中，寻找合适的模型来研究人类的发展-从早期的胚胎阶段开始-一直是科学家的挑战。现在，加利福尼亚大学圣地亚哥分校的生物工程师找到了一个不寻常的候选人：畸胎瘤。

畸胎瘤-在希腊语中意为“巨大的肿瘤”-是由不同组织(例如骨骼，大脑，头发和肌肉)组成的肿瘤。它们在大量干细胞失控分化时形成，从而形成体内发现的所有类型的组织。畸胎瘤通常被认为是干细胞研究的不良产物，但是圣地亚哥大学的研究人员发现了将它们作为人类发展模型进行研究的机会。

研究人员在11月4日发表在Cell上的一篇论文中报告了他们的工作。

加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的生物工程学教授普拉尚特·马里说：“我们已经对畸胎瘤着迷了一段时间了。” “就细胞类型的多样性而言，畸胎瘤不仅是一种令人着迷的肿瘤，而且还具有组织化的组织样结构区域。这促使我们探索其在细胞科学和细胞工程领域的效用。”

“只有一个肿瘤，您可以同时研究所有这些不同谱系，所有这些不同器官的模型。”医学博士/博士Daniella McDonald说。马里实验室的候选人，也是该研究的第一作者。“此外，它是一种血管化模型，具有三维结构，并且是特定于人类的组织，使其成为重现人类发展发生环境的理想模型。”

该团队使用了从免疫缺陷小鼠皮肤下注射的人干细胞生长的畸胎瘤。他们使用一种称为单细胞RNA测序的技术分析了畸胎瘤，该技术可分析单个畸胎瘤细胞的基因表达。研究人员能够绘制出在他们所分析的所有畸胎瘤中始终存在的20种细胞类型或“人类谱系”(大脑，肠道，肌肉，皮肤等)。

然后研究人员使用基因编辑技术CRISPR-Cas9筛选并敲除了24个已知调控发育的基因。他们发现了在多个谱系的发育中起作用的多个基因。

共同第一作者严武说：“这项研究的显着之处在于，我们可以使用畸胎瘤以更快的方式发现事物。我们可以在一个实验中研究所有这些人类谱系上的所有这些基因。”在此项目中担任博士学位。马里实验室和加州大学圣地亚哥分校生物工程教授张Kun的学生。“如果使用其他模型，例如类器官，一次分别为一个谱系建模，我们将不得不进行许多不同的实验才能得出与此处相同的结果。”

“畸胎瘤是一种非常独特的人体组织类型。通过单细胞测序的镜头进行检查，我们可以看到它们包含了人体中最主要的代表性细胞类型。有了这种理解，我们突然有了一个非常强大的平台来以比以往更复杂的方式了解，操纵和改造人体细胞和组织。”张说。

研究人员还表明，他们可以“分子雕刻”畸胎瘤，使其在一种谱系(在这种情况下为神经组织)中富集。他们利用microRNA基因电路完成了这一壮举，它通过切掉不需要的组织像分子凿子一样工作-通过自杀基因选择性地杀死了这些组织-并留下了感兴趣的血统。研究人员说，这在组织工程中有应用。

麦克唐纳说：“我们预想这项研究将为该领域奠定新的基础。希望其他科学家将把畸胎瘤作为人类未来发展发现的模型。”