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北京時(shí)代方略

人類(lèi)胚胎模型重要進(jìn)展 準確再現早期發(fā)育


頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》近日以“加速預覽”(Accelerated Article Preview)形式上線(xiàn)了一篇研究論文,展示了用人類(lèi)干細胞制造的一種胚胎發(fā)育模型。這個(gè)模型被稱(chēng)為人胚狀體(blastoid),能夠準確再現胚胎早期發(fā)育的關(guān)鍵階段,包括模擬胚胎在子宮觸發(fā)著(zhù)床的過(guò)程。

來(lái)源: 學(xué)術(shù)經(jīng)緯 2021-12-06A-A+

 

頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》近日以“加速預覽”(Accelerated Article Preview)形式上線(xiàn)了一篇研究論文,展示了用人類(lèi)干細胞制造的一種胚胎發(fā)育模型。這個(gè)模型被稱(chēng)為人胚狀體(blastoid),能夠準確再現胚胎早期發(fā)育的關(guān)鍵階段,包括模擬胚胎在子宮觸發(fā)著(zhù)床的過(guò)程。

《自然》的評論強調,該模型將有助于推進(jìn)我們對人類(lèi)發(fā)育早期階段的認識,以及開(kāi)發(fā)不孕不育的治療方法或避孕藥。

奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所(IMBA)的Nicolas Rivron博士是這項研究的通訊作者。2018年,他和同事們首先探索了用小鼠干細胞制造胚狀體模型的方法,當時(shí)的研究進(jìn)展同樣登上了《自然》。在培養皿中,小鼠干細胞可以像真實(shí)的早期胚胎那樣,形成空心球形狀的囊胚(blastocyst)。

此次研究中,科學(xué)家們更進(jìn)一步,采用人類(lèi)多能干細胞產(chǎn)生了模擬囊胚的人胚狀體。

 

 

▲胚狀體模型,與真實(shí)囊胚的結構相似,有滋養外胚層和原始內胚層(圖片來(lái)源:參考資料[3];Credit:Nicolas Rivron Lab)

按照人類(lèi)的胚胎發(fā)育速度,受精卵在形成后一周才會(huì )植入子宮壁。在這個(gè)早期階段,受精卵經(jīng)過(guò)一系列分裂形成囊胚。著(zhù)床成功的囊胚進(jìn)行后續發(fā)育,最終形成胚胎和胎盤(pán)等結構。

著(zhù)床期前后是理解發(fā)育缺陷和流產(chǎn)的關(guān)鍵。正因為這一階段非常關(guān)鍵,近年來(lái),多個(gè)科研團隊提出了多種形成人類(lèi)囊胚模型的方法,在體外產(chǎn)生與真實(shí)囊胚相類(lèi)似的結構。

此次新模型的特點(diǎn)在于,它產(chǎn)生的細胞可以更忠實(shí)地反映囊胚發(fā)育順序和速度。研究作者確定了涉及Hippo、TGF-β和ERK的三條信號通路,當抑制這些通路時(shí),形成的囊胚狀結構有效地模擬了正常囊胚發(fā)育(效率超過(guò) 70%),并形成正確細胞(效率超過(guò) 97%)。根據囊胚的發(fā)育順序和時(shí)間點(diǎn),產(chǎn)生了圍著(zhù)床時(shí)期人類(lèi)胚胎的三個(gè)主要細胞譜系,即滋養外胚層、上胚層和原始內胚層。

 

 

▲模擬受精卵形成囊胚的早期發(fā)育過(guò)程,干細胞在體外形成了類(lèi)似囊胚的結構(參考資料[1])

實(shí)驗顯示,研究人員培養出的人胚狀體可以在培養皿中附著(zhù)于受激素刺激的子宮內膜細胞上。這意味著(zhù),這一模型很接近發(fā)育了13天的自然人類(lèi)胚胎,可以反映著(zhù)床前后的各個(gè)方面。

 

 

▲體外實(shí)驗模擬囊胚觸發(fā)著(zhù)床反應、植入子宮壁的過(guò)程(圖片來(lái)源:參考資料[1])

通過(guò)高效、準確再現人類(lèi)胚胎發(fā)育的關(guān)鍵階段,人胚狀體將有很多潛在的應用。Rivron博士介紹,這種胚胎模型可以從多個(gè)方面幫助生物醫學(xué)領(lǐng)域的研究人員開(kāi)發(fā)新療法,包括治療不孕癥、優(yōu)化試管嬰兒植入程序、設計新的避孕藥物,通過(guò)評估孕早期的細胞異常預防疾病,更可靠地制造有功能的器官用于藥物篩選甚至移植。

參考資料:

[1] Harunobu Kagawa et al., (2021) Human blastoids model blastocyst development and implantation. Nature Doi: 10.1038/s41586-021-04267-8

[2] Laboratory for Synthetic Development. Retrieved Dec. 2, 2021 from https://www.blastoid.org/theblastoid