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检查原肠胚形成过程中外胚层、羊膜和卵黄囊之间相互作用的新方法

发布时间: 2023-08-07  点击次数: 315次

原肠胚形成:囊胚形成之后,胚胎细胞进一步迁移、分化形成具有内、中、外三个胚层结构的发育过程。为后继的器官形成奠定基础。在其形成过程中细胞运动类型大致有:外包、内陷、内卷、内移、分层等。


原肠胚形成是胚胎从中空球体重新组织成多层结构的过程,被认为是人类发育的“黑盒子"。这是因为出于生物伦理的考虑,人类胚胎的培养时间通常不会超过14天,而原肠胚形成发生在受精后的17至21天之间。此外,目前模拟原肠胚形成的干细胞模型还不能包括产生卵黄囊和胎盘所需的胚胎外组织。在7月20日发表在《细胞》(Cell)杂志上的一项研究中,研究人员报告了一种开发“peri-gastruloids"的新方法,这是一种类似胚胎的结构,包括一种支持组织——卵黄囊,这在以前的模型中是缺失的。


德克萨斯大学西南医学中心的干细胞生物学家、资深作者Jun Wu说:“虽然人类原胚形成和早期器官发生的非整合模型已经从人类多能干细胞中发展出来,但这些模型缺乏在胚胎模式和形态发生中起重要作用的胚胎外细胞。"“胚胎和胚胎外组织的存在使研究人员能够检查原肠胚形成过程中外胚层、羊膜和卵黄囊之间的相互作用——这是以前在人类中无法实现的。"


研究人员的方法使用了扩增的多能干细胞(EPSCs),而不是更常用的引物多能干细胞。这些细胞在小鼠体内分化为胚胎组织和胚胎外组织。通过向人类EPSCs中添加适当的生长因子,它们分化为这两种类型的组织。然后,这些细胞自我组织成类似于人类胚胎的结构,研究人员将其称为“peri-gastruloids"。


胚胎外组织释放指导胚胎发育的化学信号,这使得这些类原肠腺周围细胞能够模拟几个重要的过程,这些过程被认为是发育黑箱期的一部分。类原胃周围发育为胚胎生长的羊膜腔和为胚胎提供血液供应的卵黄囊腔。此外,类胃周围显示器官发生的早期迹象,如神经发育,这标志着中枢神经系统发育的开始。


研究小组报告说,他们的方法是有效的和可重复的。在他们认为是小规模的试验中,他们能够产生数百个类胃旁细胞。Wu说:“这个模型的强大之处在于它能够在最小的外部干预下利用人类EPSCs的自组织能力。"


研究小组指出,由于排除了产生胎盘的滋养细胞,peri-gastruloids无法存活,这有助于减轻这项研究的伦理担忧。该项目遵循国际干细胞研究指南,并得到西南大学干细胞监督委员会的批准。


这项工作得到了纽约干细胞基金会和美国生殖医学研究所的支持。


文献参考:

Lizhong Liu, Seiya Oura, Zachary Markham, James N. Hamilton, Robin M. Skory, Leijie Li, Masahiro Sakurai, Lei Wang, Carlos A. Pinzon-Arteaga, Nicolas Plachta, Gary C. Hon, Jun Wu. Modeling post-implantation stages of human development into early organogenesis with stem-cell-derived peri-gastruloids. Cell, 2023; DOI: 10.1016/j.cell.2023.07.018