在宣布開發(fā)小鼠胚胎模型僅兩周后，布倫生物學(xué)和生物工程教授Magdalena Zernicka-Goetz實驗室的研究人員發(fā)表了關(guān)于另一種小鼠胚胎模型達到類似發(fā)育階段的新發(fā)現(xiàn)， 但僅由小鼠胚胎干細胞產(chǎn)生。這種修改簡化了方案，并使胚胎模型更容易在其他實驗室中采用。
這項新研究于9月8日發(fā)表在《細胞干細胞》雜志上。該研究分別由劍橋大學(xué)和魏茨曼科學(xué)研究所的研究生Kasey Lau和埃爾南·魯賓斯坦領(lǐng)導(dǎo)。
“這一發(fā)現(xiàn)為理解為什么絕大多數(shù)人類懷孕會丟失并創(chuàng)造防止這種情況發(fā)生的知識開辟了新的途徑，”Zernicka-Goetz說，他也是劍橋大學(xué)生理學(xué)，發(fā)育和神經(jīng)科學(xué)系哺乳動物發(fā)育和干細胞生物學(xué)教授。“隨著時間的推移，這些知識還將讓我們比現(xiàn)在更有效地修復(fù)組織和器官。
視頻顯示了第8天干細胞衍生小鼠胚胎中發(fā)育中的心臟區(qū)域的跳動運動。圖片來源：劉凱茜為澤尼卡-戈茨實驗室
“隨著我們進一步開發(fā)這些模型，我們將更多地了解啟動和指導(dǎo)器官發(fā)育的信號，這將為我們提供幫助在培養(yǎng)中產(chǎn)生器官的途徑，最終將在移植手術(shù)或再生醫(yī)學(xué)中得到應(yīng)用，”她解釋說。
在8月25日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，該團隊詳細介紹了如何從小鼠胚胎和胚胎外干細胞中開發(fā)小鼠胚胎模型。該團隊沒有通過結(jié)合卵子和精子的自然生物學(xué)方法創(chuàng)造小鼠胚胎，而是引導(dǎo)三個培養(yǎng)的干細胞群體相互作用，誘導(dǎo)某些基因的表達，并為細胞彼此“交談”建立環(huán)境。結(jié)果，干細胞自我組織成結(jié)構(gòu)，然后通過連續(xù)的發(fā)育階段進行，直到小鼠胚胎模型具有跳動的心臟以及大腦和所有其他器官的基礎(chǔ)，除了卵黃囊之外，這促進了胚胎和母親之間的氣體和營養(yǎng)交換。這是迄今為止在干細胞衍生模型中實現(xiàn)的最先進開發(fā)階段。
當(dāng)然，在受精后的頭幾天，早期小鼠胚胎中會發(fā)育出三種主要類型的組織：一種最終會成為身體的組織，另外兩種將支持胚胎的發(fā)育。后兩種類型中的一種，稱為滋養(yǎng)外胚層，將成為胎盤，將胎兒與母親連接起來并提供氧氣和營養(yǎng)。另一種被稱為原始內(nèi)胚層，將產(chǎn)生卵黃囊，胚胎在那里生長，并在早期發(fā)育時從中接受營養(yǎng)。
三種類型的干細胞可以從小鼠胚胎的這三種組織中的每一種中提取出來，并在實驗室中無限期地培養(yǎng)。
在先前研究的基礎(chǔ)上，新論文中報道的小鼠胚胎模型僅由一種類型的培養(yǎng)干細胞組成：胚胎干細胞(ESC)。未經(jīng)處理的ESC成為胚胎的身體。另一條ESC線被研究人員哄騙成為胚胎外內(nèi)胚干細胞，提供一組發(fā)育信號。該團隊還驅(qū)動第三條ESC線成為滋養(yǎng)層干細胞，其提供第二組發(fā)育信號。因此，該團隊能夠通過僅從ESC開始來重建發(fā)育中的小鼠胚胎的三個主要組織。這簡化了協(xié)議，同時仍然保留了三個組織之間的重要信號事件，這對于建立胚胎的身體計劃至關(guān)重要。
“在三種干細胞類型中，只有ESC是多能的 - 也就是說，只有ESC才有可能發(fā)育成身體的任何組織，”Zernicka-Goetz解釋說。“但要做到這一點，他們需要另外兩種類型的胚胎外干細胞。ESC可以被引導(dǎo)成為另外兩種胚胎外細胞類型。通過這種方式，我們最終得到了三種起始細胞類型，它們都是從單個ESC線生成的。
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