Cell Stem Cell:干细胞来源的小鼠胚胎模型

时间:2022年9月13日
来源:California Institute of Technology

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研究人员宣布,利用小鼠胚胎干细胞开发出了一种小鼠胚胎模型,该模型包括心脏的跳动,以及大脑和其他器官的基础。

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这项新研究发表在9月8日的《细胞干细胞》杂志上。这项研究是由剑桥大学和魏茨曼科学研究所的研究生刘恺西和赫南·鲁宾斯坦分别领导的。

Zernicka-Goetz也是剑桥大学生理、发展和神经科学系哺乳动物发育和干细胞生物学教授,他说:“这一发现为理解为什么大多数人类怀孕失败开辟了新的途径,并创造了防止这种情况发生的知识。”“随着时间的推移,这些知识还将让我们比现在更有效地修复组织和器官。”

她解释说:“随着我们进一步开发这些模型,我们将更多地了解启动和指导器官发育的信号,这将为我们提供帮助培养产生器官的途径,最终在移植手术或再生医学中找到应用。”

研究组在25日发表在《自然》杂志上的论文中详细介绍了利用小鼠胚胎干细胞和胚胎外干细胞开发小鼠胚胎模型的方法。该团队没有采用卵子和精子结合的自然生物学方法创造小鼠胚胎,而是引导三个培养的干细胞群体相互作用,诱导某些基因的表达,并为细胞之间“交谈”建立环境。结果,干细胞自组织成结构,然后经过连续的发育阶段,直到小鼠胚胎模型有了跳动的心脏、大脑和所有其他器官的基础,此外还有促进胚胎和母亲之间气体和营养交换的卵黄囊。这是迄今为止在干细胞衍生模型中所取得的最先进的发展阶段。

自然地,在受精后的最初几天,小鼠早期胚胎中会发育出三种主要的组织:一种最终会成为身体组织,另外两种会支持胚胎的发育。后两种类型中的一种,被称为滋养外胚层,将成为胎盘,连接胎儿和母亲,并提供氧气和营养。另一种被称为原始内胚层,将产生卵黄囊,胚胎在这里生长,并从这里获得早期发育的营养。

从小鼠胚胎的这三种组织中分别提取出三种类型的干细胞,并在实验室中进行无限期培养。

在之前研究的基础上,这篇新论文中报道的小鼠胚胎模型只由一种单一的培养干细胞构成:胚胎干细胞(ESCs)。未经处理的ESCs成为胚胎的主体。另一种ESC细胞系在研究人员的诱导下变得像胚外内胚层干细胞一样,提供一组发育信号。该团队还推动第三个ESC细胞系变成滋养层干细胞,提供第二组发育信号。因此,该团队能够通过仅从ESCs开始重建发育中的小鼠胚胎的三个主要组织。这简化了程序,同时仍然保留了三个组织之间的重要信号事件,这对构建胚胎的身体计划至关重要。

Zernicka-Goetz解释说:“在这三种干细胞类型中,只有ESCs是多能的——也就是说,只有ESCs有发展成身体任何组织的潜力。”“但要做到这一点,他们需要另外两种类型的胚胎外干细胞。ESCs可以被引导成为这两种胚外细胞类型。通过这种方式,我们最终得到了三个起始细胞类型,它们都是由单个ESC线生成的。”


Journal Reference:

  1. Kasey Y.C. Lau, Hernan Rubinstein, Carlos W. Gantner, Ron Hadas, Gianluca Amadei, Yonatan Stelzer, Magdalena Zernicka-Goetz. Mouse embryo model derived exclusively from embryonic stem cells undergoes neurulation and heart development. Cell Stem Cell, 2022; DOI: 10.1016/j.stem.2022.08.013

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