干細(xì)胞衍生小鼠胚胎模型的新進(jìn)展

在宣布開發(fā)小鼠胚胎模型僅兩周后，布倫生物學(xué)和生物工程教授Magdalena Zernicka-Goetz實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)表了關(guān)于另一種小鼠胚胎模型達(dá)到類似發(fā)育階段的新發(fā)現(xiàn)， 但僅由小鼠胚胎干細(xì)胞產(chǎn)生。這種修改簡(jiǎn)化了方案，并使胚胎模型更容易在其他實(shí)驗(yàn)室中采用。

這項(xiàng)新研究于9月8日發(fā)表在《細(xì)胞干細(xì)胞》雜志上。該研究分別由劍橋大學(xué)和魏茨曼科學(xué)研究所的研究生Kasey Lau和埃爾南·魯賓斯坦領(lǐng)導(dǎo)。

“這一發(fā)現(xiàn)為理解為什么絕大多數(shù)人類懷孕會(huì)丟失并創(chuàng)造防止這種情況發(fā)生的知識(shí)開辟了新的途徑，”Zernicka-Goetz說(shuō)，他也是劍橋大學(xué)生理學(xué)，發(fā)育和神經(jīng)科學(xué)系哺乳動(dòng)物發(fā)育和干細(xì)胞生物學(xué)教授。“隨著時(shí)間的推移，這些知識(shí)還將讓我們比現(xiàn)在更有效地修復(fù)組織和器官。

視頻顯示了第8天干細(xì)胞衍生小鼠胚胎中發(fā)育中的心臟區(qū)域的跳動(dòng)運(yùn)動(dòng)。圖片來(lái)源：劉凱茜為澤尼卡-戈茨實(shí)驗(yàn)室

“隨著我們進(jìn)一步開發(fā)這些模型，我們將更多地了解啟動(dòng)和指導(dǎo)器官發(fā)育的信號(hào)，這將為我們提供幫助在培養(yǎng)中產(chǎn)生器官的途徑，最終將在移植手術(shù)或再生醫(yī)學(xué)中得到應(yīng)用，”她解釋說(shuō)。

在8月25日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，該團(tuán)隊(duì)詳細(xì)介紹了如何從小鼠胚胎和胚胎外干細(xì)胞中開發(fā)小鼠胚胎模型。該團(tuán)隊(duì)沒(méi)有通過(guò)結(jié)合卵子和精子的自然生物學(xué)方法創(chuàng)造小鼠胚胎，而是引導(dǎo)三個(gè)培養(yǎng)的干細(xì)胞群體相互作用，誘導(dǎo)某些基因的表達(dá)，并為細(xì)胞彼此“交談”建立環(huán)境。結(jié)果，干細(xì)胞自我組織成結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)連續(xù)的發(fā)育階段進(jìn)行，直到小鼠胚胎模型具有跳動(dòng)的心臟以及大腦和所有其他器官的基礎(chǔ)，除了卵黃囊之外，這促進(jìn)了胚胎和母親之間的氣體和營(yíng)養(yǎng)交換。這是迄今為止在干細(xì)胞衍生模型中實(shí)現(xiàn)的最先進(jìn)開發(fā)階段。

當(dāng)然，在受精后的頭幾天，早期小鼠胚胎中會(huì)發(fā)育出三種主要類型的組織：一種最終會(huì)成為身體的組織，另外兩種將支持胚胎的發(fā)育。后兩種類型中的一種，稱為滋養(yǎng)外胚層，將成為胎盤，將胎兒與母親連接起來(lái)并提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)。另一種被稱為原始內(nèi)胚層，將產(chǎn)生卵黃囊，胚胎在那里生長(zhǎng)，并在早期發(fā)育時(shí)從中接受營(yíng)養(yǎng)。

三種類型的干細(xì)胞可以從小鼠胚胎的這三種組織中的每一種中提取出來(lái)，并在實(shí)驗(yàn)室中無(wú)限期地培養(yǎng)。

在先前研究的基礎(chǔ)上，新論文中報(bào)道的小鼠胚胎模型僅由一種類型的培養(yǎng)干細(xì)胞組成：胚胎干細(xì)胞(ESC)。未經(jīng)處理的ESC成為胚胎的身體。另一條ESC線被研究人員哄騙成為胚胎外內(nèi)胚干細(xì)胞，提供一組發(fā)育信號(hào)。該團(tuán)隊(duì)還驅(qū)動(dòng)第三條ESC線成為滋養(yǎng)層干細(xì)胞，其提供第二組發(fā)育信號(hào)。因此，該團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)僅從ESC開始來(lái)重建發(fā)育中的小鼠胚胎的三個(gè)主要組織。這簡(jiǎn)化了協(xié)議，同時(shí)仍然保留了三個(gè)組織之間的重要信號(hào)事件，這對(duì)于建立胚胎的身體計(jì)劃至關(guān)重要。

“在三種干細(xì)胞類型中，只有ESC是多能的 - 也就是說(shuō)，只有ESC才有可能發(fā)育成身體的任何組織，”Zernicka-Goetz解釋說(shuō)。“但要做到這一點(diǎn)，他們需要另外兩種類型的胚胎外干細(xì)胞。ESC可以被引導(dǎo)成為另外兩種胚胎外細(xì)胞類型。通過(guò)這種方式，我們最終得到了三種起始細(xì)胞類型，它們都是從單個(gè)ESC線生成的。

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