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美國科學(xué)家開發(fā)了一種“類原腸胚”的新方法，其培養(yǎng)生成的類胚胎模型還前所未有地包括一個(gè)重要組織——卵黃囊。相關(guān)研究近日發(fā)表于《細(xì)胞》。
原腸胚發(fā)育是胚胎從空心球體重組為多層結(jié)構(gòu)的過程，被認(rèn)為是人類發(fā)育的“黑匣子”。出于生物倫理的考慮，人類胚胎模型的培養(yǎng)時(shí)間通常不會超過14天，而原腸胚形成發(fā)生在受精后17至21天之間。此外，目前模擬原腸胚形成的干細(xì)胞模型還無法包括產(chǎn)生卵黃囊和胎盤的所必需的胚外組織。
“雖然人類原腸胚形成和早期器官模型，是從引發(fā)的人類多能干細(xì)胞中開發(fā)出來的，但它們?nèi)狈υ谂咛ツＪ胶托螒B(tài)形成中發(fā)揮重要作用的胚外細(xì)胞。”論文通訊作者、得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的干細(xì)胞生物學(xué)家吳俊（音譯）說，胚胎和胚外組織的存在使研究人員能夠研究胚胎發(fā)育過程中上胚層、羊膜和卵黃囊之間的相互作用——這是人類以前無法實(shí)現(xiàn)的。
研究人員使用擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞，而不是更常用的原始多能干細(xì)胞。這些擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞以前曾被證明能在小鼠體內(nèi)分化成胚胎和胚外組織。通過向人類EPSCs添加適當(dāng)?shù)纳L因子，它們分化成了上述兩種類型的組織。然后，這些EPSCs自我組織形成與人類早期胚胎相似的結(jié)構(gòu)，研究人員稱其為“類原腸胚”。
胚外組織會釋放出指導(dǎo)胚胎發(fā)育的化學(xué)信號，這使得這些胚胎周圍胚胎能夠模仿胚胎發(fā)育黑箱期的幾個(gè)重要過程。類原腸胚周圍發(fā)育出胚胎生活的羊膜腔和為胚胎提供血液供應(yīng)的卵黃囊腔。周圍細(xì)胞還顯示出器官形成的早期跡象，如標(biāo)志著中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育開端的神經(jīng)形成。
該方法高效且可重復(fù)，在小規(guī)模的試驗(yàn)中能夠生成數(shù)百個(gè)類原腸胚細(xì)胞。“這個(gè)模型的強(qiáng)大之處在于，它能夠利用人體擴(kuò)展?jié)撃芨杉?xì)胞的非凡自組織能力，將外部干預(yù)降到最低。”吳俊說。
研究者指出，由于排除了囊胚滋養(yǎng)層細(xì)胞，這些類胚胎不能長期在體外存活，因此倫理問題也得到了相應(yīng)的緩解。該項(xiàng)目遵循國際干細(xì)胞研究準(zhǔn)則，并獲得了得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)研究中心干細(xì)胞監(jiān)督委員會的批準(zhǔn)。
相關(guān)論文信息：
http://doi.org/10.1016/j.cell.2023.07.018
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