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Science:胚胎也能人工造!

2017/03/06 来源:生物探索
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导读
3月1日Science上在线报道了剑桥大学的科学家们通过使用两种干细胞以及一个三维支架,成功地创造出了一个能够自行组装的结构,其发育和构造非常接近自然的小鼠胚胎。科学家的研究目的并非制造怪胎而是为了探究人类的早期发育、妊娠失败和遗传缺陷。


剑桥大学的科学家们通过使用两种干细胞以及一个三维支架,成功地在培养过程中创造出了类似于小鼠胚胎的结构。相关文章于3月1日在线发表在Science上。

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胚胎发育涉及三种干细胞

哺乳动物受精后出现三种胚胎干细胞,胚胎干细胞(ESC)会聚集在囊胚的一端,以后发育为身体。其他两种类型的干细胞:一种是胚外滋养层干细胞(TSC),这将形成胎盘;另外原始内胚层干细胞会形成所谓的卵黄囊,保证胎儿的正常发育和器官提供必需的营养物质。

之前的培育胚胎的尝试只有胚胎干细胞的结构取得有限的成功。这是因为早期胚胎发育需要不同类型的细胞相互紧密配合。

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用两种干细胞和三维支架养出类胚胎组织

然而,这篇刚发表在Science上的研究结合使用转基因小鼠的胚胎干细胞ESC和TSC,连同一个三维支架作为一种细胞外基质,成长为一个能够自行组装的结构。其发育和构造非常接近自然的胚胎。

研究小组将他们的人工胚胎与正常发育的胚胎进行比较,表明其发育遵循相同的模式:干细胞组织起来,胚胎干细胞ESCs在一端,胚外滋养层干细胞TSCs则在另一端。然后出现胚胎发育的羊膜腔。


左边是干细胞制造的培养96个小时的小鼠“胚胎”,右边是培养48小时后的小鼠培养。红色是胚胎部分。

研究人员说,虽然这种人工胚胎与真实的胚胎非常相似,但它不可能进一步发展成健康的胎儿。要做到这一点,它可能需要第三种形式的干细胞,这将允许卵黄囊的发育,其中也有血管网络为胚胎提供营养。此外,该系统还没有为胎盘的正确发育而优化。

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科研人员解释研究成果和意义

Magdalena Zernicka-Goetz教授解释:“胚胎和胚外细胞开始互相交流,组织成起来像和行为上都像胚胎的结构。它具有解剖学上的正确的区域,并在正确的位置和正确的时间发生。”Zernicka -Goetz教授和他的同事们发现了这两种类型的干细胞之间的通信的一个显著的程度:在某种意义上来说,这些细胞告诉对方胚胎在哪安置它们。

Zernicka-Goetz教授指出:“我们知道,不同类型的干细胞之间的相互作用是重要的发展,但引人注目的是,我们的新工作说明,这是一个真正的伙伴关系——这些细胞真正相互指导。没有这种伙伴关系,正确的形状和形态的发展不能及时发生,关键的生物机制活动不会适当地进行。”

了解胚胎发育的早期阶段,可以有助于解释为什么很多人会在这个时期妊娠失败。从理论上讲,类似的方法可能会被用来探索人类早期发育揭示在出生缺陷和健康上母体环境的作用。

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回顾人工培育胚胎的研究历程

Nature:新型胚胎干细胞,只有一半基因组详细

二倍性是哺乳动物的一个基本遗传特性,单倍体细胞往往只出现在生殖细胞中。2016年3月16日,发表在《自然》杂志上的一项研究中,科学家们成功生成了一种只携带单拷贝人类基因组的新型胚胎干细胞。

研究人员分析了一批来自单倍体卵母细胞的人类孤雌生殖胚胎干细胞系,成功分离和培养了携带正常单倍体染色体组型的人类胚胎干细胞系。单倍体人类胚胎干细胞表现出典型的多能干细胞特征,如自我更新能力以及多能特异性分子信号。此外,研究人员还证明了这类新型干细胞可作为功能缺失基因筛选平台使用。

Nature等:体外培养人类胚胎获突破已达法规上限详细

人类胚胎发育研究出现里程碑式突破。美国洛克菲勒大学和英国剑桥大学的研究小组分别在2016年5月4日的Nature和Nature Cell Biology发表了相关文章称, 已经在实验室成功培养了自受精后13天的人类胚胎,打破了以前9天的记录。这一成就已经使科学家发现了早期人类发育的新方面,包括人类胚胎中重未见过的特性。该技术能够帮助确定为什么一些人怀孕会失败。很多国家和科学团体禁止对14天以上的人类胚胎进行研究,考虑到这个,研究者在这个时间点之前结束了他们的实验。

Cell:干细胞里程碑!科学家首次培育出人猪嵌合体胚胎详细

2017年1月26日,发表在Cell杂志上题为“Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells”的研究中,来自Salk研究所的科学家小组借助“魔剪”CRISPR技术首次成功培育出了人-猪嵌合体胚胎。他们将人类干细胞注入猪胚胎中,首次成功培育出人猪嵌合体胚胎,并在猪体内发育了3到4周时间。

该研究的通讯作者表示,这是干细胞研究领域的一个里程碑。该研究的最终目标是在动物体内培育出可供移植的人类细胞、组织和器官。

参考资料

Assembly of embryonic and extra-embryonic stem cells to mimic embryogenesis in vitro

Scientists create artificial mouse 'embryo' from stem cells for first time

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