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Nature:重磅!科学家利用人类胚胎干细胞成功开发出人类胚胎样模型!

来源:本站原创 2020-06-14 11:47

2020年6月14日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自剑桥大学等机构的科学家们通过研究利用胚胎干细胞开发出了一种新型模型来研究人类的早期发育阶段。这种模型类似于18-21天大小的胚胎的一些关键元素,其能帮助研究人员观察到人类机体形成的潜在过程,这是以前从未直接观察到的,而理解这些过程则能够帮助研究人员揭示人类出生的缺陷和疾病发生的原因,同时就能在孕妇群体中开展相关的检测。

图片来源:Naomi Moris

这种计划或机体蓝图是通过一种名为“原肠胚形成”的过程开始的,在原肠胚形成过程中,胚胎会形成三层不同的细胞,这些细胞随后会转化成为机体的主要系统,即外胚层会形成神经系统,中胚层能形成肌肉,而内胚层则能够形成肠道。原肠胚阶段通常被称为人类发育的“黑箱期”(black box),因为法律限制禁止在第14天之后在实验室培养人类胚胎,而这一过程是从第14天开始的,这个限制设定在胚胎不能形成双胞胎的阶段。

很多出生缺陷都源于黑箱期,其原因包括酒精、药物、化学药品和感染等,深入理解人类原肠胚期间的分子事件也能够帮助解决很多医学问题,包括不孕症、流产和遗传性疾病等。研究者Alfonso Martinez-Arias教授说道,我们所开发的模型能够产生一部分人类蓝图,这项研究中,我们所开发的模型能利用人类胚胎干细胞来产生一种名为“类原肠胚”(gastruloids)的一种细胞三维组装模块,随后其能够分化为三层,其组织方式类似于早期人类机体计划那样。

为了在实验室中制造这种类原肠胚组织,研究者将一定量的人类胚胎干细胞置于小孔中,随后其就能够形成紧密的聚集体,当经过化学信号处理后,这些类原肠胚组织就能从头到尾轴处延长,从而就能沿着这一轴线的特定模式开启基因表达,并能够反映哺乳动物机体的特殊元件。此前,包括小鼠和斑马鱼在内的模式生物能够帮助科学家们深入研究人类原肠胚形成的分子机制,然而当细胞开始分化时,这些模型的行为就与人类胚胎的行为并不相同,动物模型能够对特定药物产生不同反应,比如抗晨吐药沙利度胺,通过对小鼠进行临床试验后,研究者发现其会导致人类出现严重的出生缺陷,因此,开发出能模拟人类发育的最佳模型是非常重要的。

类原肠胚并没有潜力发育成为完全成型的胚胎,其也并没有脑细胞或植入到子宫内所需要的任何组织,这就意味着他们永远无法超越最早期的发育阶段,因此其也会符合当前科学界的道德标准。通过对发育到72小时的人类类原肠胚组织中的基因表达情况进行分析,研究人员发现了一种非常明显的标志信号,其能 促进诸如胸肌、骨骼和软骨等重要身体结构的发育,但并不会发育为脑细胞。

最后研究者Naomi Moris博士表示,这是一种非常令人兴奋的新型模型系统,其能帮助我们首次在实验室中揭示并探索早期人类胚胎发育的过程,该系统是模拟人体计划出现的第一步,同时其或许也能帮助研究其它人类胚胎发育问题出现的原因,比如出生缺陷症等。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Moris, N., Anlas, K., van den Brink, S.C. et al. An in vitro model of early anteroposterior organization during human development. Nature (2020).doi:10.1038/s41586-020-2383-9

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