Cell：中美科学家联手开发出共同培养胚胎干细胞和胚胎外干细胞的新型培养系统

在一项新的研究中，来自中国昆明理工大学、中国农业大学、中国科学院、美国德克萨斯大学西南医学中心等研究机构的研究人员开发出了一种新型培养系统，可共同培养胚胎干细胞（embryonic stem cell）和胚胎外干细胞（extraembryonic stem cell），有可能为先天畸形和早期发育障碍的成因提供重要见解。相关研究结果于2023年12月4日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Dissecting embryonic and extraembryonic lineage crosstalk with stem cell co-culture”。论文通讯作者为昆明理工大学的Weizhi Ji博士和Tao Tan博士以及德克萨斯大学西南医学中心的Jun Wu博士。

Wu博士说，“这些研究结果表明，通过开发统一的干细胞培养系统，干细胞和发育生物学取得了重大进展。这种新型系统的使用不仅加深了我们对胚胎细胞和胚外细胞在胚胎发生过程中相互作用的理解，还为构建更精确的胚胎发育模型和改进的干细胞分化方案奠定了基础。”

除了概述胚胎干细胞和胚胎外干细胞新的统一生长条件外，这项新的研究还揭示了不同胚胎细胞和胚胎外细胞类型之间的关键相互作用，如胚胎外内胚层细胞对多能细胞生长的抑制作用，并强调了胚胎发生过程中细胞间交流的重要性。该研究还确定了不同物种中参与调控胚胎外内胚层干细胞的共同和独特因素。

Wu博士指出，“这项干细胞生物学基础研究有可能为了解先天性畸形和早期发育障碍的成因提供重要启示。这项研究得出的见解为此类疾病的潜在预防和治疗策略奠定了基础。”

论文第一作者、中国农业大学生物科学学院教授Yulei Wei说，“总的来说，在体外模拟自然胚胎环境的能力可以极大地推动人类早期发育和疾病的研究，有可能带来新的治疗和预防策略。”

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.11.008。

这些新发现建立在Wu博士实验室早期研究工作的基础上，该实验室为产生新型干细胞的基础研究和转化研究做出了贡献。科学家们从不同物种中鉴定出了几种具有不同分子和表型特征的新型多能干细胞（pluripotent stem cell, PSC），并产生了PSC衍生的种间嵌合体和用于产生器官和组织的囊胚互补系统。最近，Wu博士团队开发了构建干细胞胚胎模型的策略，用于体外研究围着床期发育。

在2021年发表在Cell Stem Cell期刊上的一项研究中，Wu博士实验室设计了一种培养方法，可以从小鼠和马的胚泡中产生多能干细胞的中间状态（Cell Stem Cell, 2021, doi:10.1016/j.stem.2020.11.003）。这项新的研究发现，同样的培养条件可用于从小鼠和灵长类动物的胚泡中获得胚胎干细胞和胚胎外干细胞，如滋养层干细胞（trophoblast stem cell）和胚胎外内胚层干细胞（extraembryonic endoderm stem cell）。

这项新的研究进一步推动了Wu博士实验室利用基于干细胞的胚胎模型对哺乳动物早期发育过程中胚胎组织和胚胎外组织之间相互作用的研究。之前的研究已成功开发出哺乳动物早期胚胎的干细胞模型，包括小鼠、牛和人类的囊胚样结构（称为类囊胚），以及类似人类外周原肠胚（peri-gastrulation）的结构（称为人类外周类原肠胚）。

这些发现有可能对一系列疾病的研究和治疗方法产生影响，特别是与以下方面有关的疾病和领域：（1）发育障碍：了解胚胎组织和胚胎外组织之间的协调关系，可以揭示胚胎早期发育过程中出现的先天性畸形和发育障碍；（2）胎盘异常：对有助于胎盘形成的滋养层干细胞的了解，可提高对子痫前期或胎盘早剥等胎盘功能异常现象的认识；（3）再生医学：胚胎干细胞和胚胎外干细胞的共培养能力可促进组织工程和器官组织的发展，这可能有利于治疗需要组织再生的疾病；（4）癌症研究：由于一些癌症涉及干细胞调控中常见的信号通路，如 FGF、TGF-β 和 WNT，这项新的研究可能有助于了解肿瘤的生长和转移；（5）生殖健康：这项新的研究可能提高人们对早期胚胎发育和植入过程的认识，从而推动生育治疗的发展。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Yulei Wei et al. Dissecting embryonic and extraembryonic lineage crosstalk with stem cell co-culture. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.11.008.

Discovery fuels insights into early developmental disorders
https://www.utsouthwestern.edu/newsroom/articles/year-2023/dec-early-developmental-disorders.html