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科学家在干细胞产生的人工小鼠胚胎中产生关键的生命事件

在一个国际研究小组利用小鼠干细胞生产能够“原肠胚”的人造胚胎样结构后,人造胚胎的创造向前迈进了一步,这是任何胚胎生命中的关键一步。

科学家在干细胞产生的人工小鼠胚胎中产生关键的生命事件

由剑桥大学的Magdalena Zernicka-Goetz教授领导的研究小组以前创造了一种更简单的结构,类似于培养的小鼠胚胎,使用两种类型的干细胞- 身体的'主细胞' - 和一个3-D支架他们可以成长。

现在,在今天发表在Nature Cell Biology上的一项研究中,Zernicka-Goetz教授及其同事进一步开发了胚胎样结构,不仅使用了两种而且使用了三种类型的干细胞,这使得它们重建了一种称为原肠胚形成的过程,这是一个必不可少的步骤。其中胚胎细胞自组织成正确的胚胎形成结构。

一旦哺乳动物的卵被精子受精,它就会分裂多次,产生一个包含三种干细胞的小型自由漂浮球。在被称为“胚泡”阶段的发育阶段,最终将构成未来身体的特定干细胞 -胚胎干细胞(胚胎干细胞) - 在胚胎内向一端聚集在一起。胚泡中另外两种类型的干细胞是形成胎盘的胚胎外胚胎滋养细胞干细胞(TSCs)和形成卵黄囊的原始内胚层干细胞(PESCs),确保胎儿的器官正常发育并提供必需的营养素。

2017年3月,Zernicka-Goetz教授及其同事发表了一项研究,描述了如何使用转基因小鼠胚胎干细胞和TSCs的组合,以及称为细胞外基质的3-D'果冻'支架,它们能够生长一种能够自我组装的结构,其发展和结构与天然胚胎非常相似。两种类型的干细胞之间存在显着的交流程度:从某种意义上说,细胞正在告诉对方胚胎中的位置。

然而,由着名生物学家刘易斯沃尔珀特描述的“胚胎 - 原肠胚胎生命中的关键一步是”真正是你生命中最重要的时刻 - 缺失。原肠胚是胚胎从单层转变为三层:内层(内胚层),中层(中胚层)和外层(内胚层),确定细胞随后发育成的组织或器官。

“正常发育过程中适当的原肠胚形成只有在你拥有所有三种类型的干细胞时才有可能。为了重建这种复杂的舞蹈,我们不得不添加缺失的第三种干细胞,”Zernicka-Goetz教授说。“通过用这种第三种类型的干细胞替代我们在早期实验中使用的果冻,我们能够产生其发育非常成功的结构。”

通过添加PESC,该团队能够看到他们的“胚胎”经历了原肠胚形成,将自己组织成所有动物所具有的三个身体层。基因活动的时间,结构和模式反映了天然胚胎发育的时间,结构和模式。

“我们的人工胚胎经历了培养皿中生命中最重要的事件,”Zernicka-Goetz教授补充道。“他们现在非常接近真正的胚胎。为了进一步发展,他们将不得不植入母体或人工胎盘体内。”

研究人员表示,他们现在应该能够通过实验改变一种细胞类型的生物途径,并了解这如何影响一种或两种细胞的行为,从而更好地了解三种干细胞类型如何相互作用以使胚胎发育。其他细胞类型。

“我们现在也可以尝试将其应用于等效的人类干细胞类型,因此研究人类胚胎发育中最早的事件,而不必使用天然人类胚胎,”Zernicka-Goetz教授说。

通过并行应用这些研究,应该有可能对哺乳动物发育的第一阶段的基本方面有很多了解。事实上,这种比较应该使科学家们能够研究人类怀孕14天以后发生的事件,但不使用14天的人类胚胎;英国法律允许胚胎仅在此期间在实验室进行研究。

Zernicka-Goetz教授说:“胚胎发育的早期阶段是大部分妊娠丢失,但这是一个我们对此知之甚少的阶段。”“现在我们有一种模拟培养皿中胚胎发育的方法,因此应该有可能准确地了解胚胎生命中这个非凡时期的情况,以及为什么有时这个过程会失败。”

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