檢查原腸胚形成過(guò)程中外胚層、羊膜和卵黃囊之間相互作用的新方法

原腸胚形成：囊胚形成之后，胚胎細胞進(jìn)一步遷移、分化形成具有內、中、外三個(gè)胚層結構的發(fā)育過(guò)程。為后繼的器官形成奠定基礎。在其形成過(guò)程中細胞運動(dòng)類(lèi)型大致有：外包、內陷、內卷、內移、分層等。

原腸胚形成是胚胎從中空球體重新組織成多層結構的過(guò)程，被認為是人類(lèi)發(fā)育的“黑盒子"。這是因為出于生物倫理的考慮，人類(lèi)胚胎的培養時(shí)間通常不會(huì )超過(guò)14天，而原腸胚形成發(fā)生在受精后的17至21天之間。此外，目前模擬原腸胚形成的干細胞模型還不能包括產(chǎn)生卵黃囊和胎盤(pán)所需的胚胎外組織。在7月20日發(fā)表在《細胞》(Cell)雜志上的一項研究中，研究人員報告了一種開(kāi)發(fā)“peri-gastruloids"的新方法，這是一種類(lèi)似胚胎的結構，包括一種支持組織——卵黃囊，這在以前的模型中是缺失的。

德克薩斯大學(xué)西南醫學(xué)中心的干細胞生物學(xué)家、資深作者Jun Wu說(shuō):“雖然人類(lèi)原胚形成和早期器官發(fā)生的非整合模型已經(jīng)從人類(lèi)多能干細胞中發(fā)展出來(lái)，但這些模型缺乏在胚胎模式和形態(tài)發(fā)生中起重要作用的胚胎外細胞。"“胚胎和胚胎外組織的存在使研究人員能夠檢查原腸胚形成過(guò)程中外胚層、羊膜和卵黃囊之間的相互作用——這是以前在人類(lèi)中無(wú)法實(shí)現的。"

研究人員的方法使用了擴增的多能干細胞(EPSCs)，而不是更常用的引物多能干細胞。這些細胞在小鼠體內分化為胚胎組織和胚胎外組織。通過(guò)向人類(lèi)EPSCs中添加適當的生長(cháng)因子，它們分化為這兩種類(lèi)型的組織。然后，這些細胞自我組織成類(lèi)似于人類(lèi)胚胎的結構，研究人員將其稱(chēng)為“peri-gastruloids"。

胚胎外組織釋放指導胚胎發(fā)育的化學(xué)信號，這使得這些類(lèi)原腸腺周?chē)毎軌蚰M幾個(gè)重要的過(guò)程，這些過(guò)程被認為是發(fā)育黑箱期的一部分。類(lèi)原胃周?chē)l(fā)育為胚胎生長(cháng)的羊膜腔和為胚胎提供血液供應的卵黃囊腔。此外，類(lèi)胃周?chē)@示器官發(fā)生的早期跡象，如神經(jīng)發(fā)育，這標志著(zhù)中樞神經(jīng)系統發(fā)育的開(kāi)始。

研究小組報告說(shuō)，他們的方法是有效的和可重復的。在他們認為是小規模的試驗中，他們能夠產(chǎn)生數百個(gè)類(lèi)胃旁細胞。Wu說(shuō):“這個(gè)模型的強大之處在于它能夠在最小的外部干預下利用人類(lèi)EPSCs的自組織能力。"

研究小組指出，由于排除了產(chǎn)生胎盤(pán)的滋養細胞，peri-gastruloids無(wú)法存活，這有助于減輕這項研究的倫理?yè)鷳n(yōu)。該項目遵循國際干細胞研究指南，并得到西南大學(xué)干細胞監督委員會(huì )的批準。

這項工作得到了紐約干細胞基金會(huì )和美國生殖醫學(xué)研究所的支持。

文獻參考:

Lizhong Liu, Seiya Oura, Zachary Markham, James N. Hamilton, Robin M. Skory, Leijie Li, Masahiro Sakurai, Lei Wang, Carlos A. Pinzon-Arteaga, Nicolas Plachta, Gary C. Hon, Jun Wu. Modeling post-implantation stages of human development into early organogenesis with stem-cell-derived peri-gastruloids. Cell, 2023; DOI: 10.1016/j.cell.2023.07.018