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Nature:科学家揭秘人造机器子宫!

来源:生物谷 2021-03-27 17:27


理解组织和器官形成的发育过程是发育生物学中的一个基本问题。在哺乳动物中,这一过程发生在胚胎植入子宫之后,这使得胚胎相对难以观察和操作。因此,从原肠前期到器官发生的一系列发育事件仍有待完全了解,也难以操纵。建立支持植入后小鼠胚胎在子宫环境外正常长期发育的培养条件仍然具有挑战性。



基于此,来自以色列雷霍沃特魏兹曼科学研究所分子遗传学系的Jacob H Hanna教授带领团队开发了高度有利的子宫外植入后小鼠胚胎培养平台,该平台能够在胚化之前(E5.5)直到后肢形成阶段(E11)进行适当的胚胎发育。该研究成果以“Ex utero mouse embryogenesis from pre gastrulation to late organogenesis”为题在线发表在《Nature》 杂志上。



研究人员一开始就测试干了细胞研究中一些新建立的细胞培养补充剂或生物力学原理是否有助于应对这一挑战(例如,压力控制、补充剂、合成血清等)。而且在转鼓上使用了“滚筒培养系统”,并将其与定制的内部开发的电子气体调节模块集成在一起,该模块不仅可以高灵敏度地精确控制O2和CO2水平,而且还可以控制大气压力。后者的动机是压力增加向组织输送氧气的能力,以及证明大气压力如何改变细胞生长的研究。同时建立了支持E7.5后期原肠胚(神经板和头褶阶段)生长到后肢形成阶段(~E11)的条件,效率很高。



接下来研究人员发现,25%DMEM、50%大鼠血清(RS)和25%人脐血清(HCS)的混合物持续支持胚胎生长,其效率比只使用大鼠血清高得多,并将这种培养基命名为体外培养液(EUCM)。值得注意的是,每24小时向EUCM补充额外的葡萄糖,直到培养期结束,对于克服培养两天后的发育异常至关重要。每24小时顺序增加氧气水平是最理想的,从E7.5的5%O2开始,E8.5的13%,E9.5的18%,E10.5的21%O2结束。此外,保持6-7磅/平方英寸的气压对于正常和有效的开发也是至关重要的。该方案在培养4天后,在不同小鼠品系中获得约77%的正常胚胎发育。4天后,胚胎开始出现异常,卵黄囊循环中断,心包积液,并在一夜之间迅速死亡。



综上,该研究团队报告了一种健壮的胚胎培养系统的建立,该系统充分地概括了小鼠在子宫内的植入后发育,从原肠前期发育到器官发生的高级阶段,使小鼠胚胎的外部和内部操作得以应用和监测,最长可达6天的植入后发育。将哺乳动物胚胎从子宫环境中移出并在受控条件下正常生长的能力是表征从原肠发育到器官发生期间不同扰动对发育影响的有力工具,可以与遗传修饰、化学筛选、组织处理和显微镜方法相结合。这项工作首次证明在哺乳动物中,原肠形成和器官发生的过程可以在培养皿中完全和充分地联合重现。后者强调了胚胎的自组织特性,并为扩大来自干细胞聚集胚胎和不同哺乳动物物种的合成胚胎研究奠定了基础。(生物谷 Bioon)

参考文献

1、Aguilera-Castrejon A, Oldak B, Shani T,  et al. Ex utero mouse embryogenesis from pre-gastrulation to late organogenesis. Nature. 2021 Mar 17. doi: 10.1038/s41586-021-03416-3. Epub ahead of print. PMID: 33731940.

2、Ritchie ME, Phipson B, Wu D, et al. limma powers differential expression analyses for RNA-sequencing and microarray studies. Nucleic Acids Res. 2015 Apr 20;43(7):e47. doi: 10.1093/nar/gkv007. Epub 2015 Jan 20. PMID: 25605792; PMCID: PMC4402510.


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