新闻资讯 · 2022年 8月 27日

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干细胞来源的合成小鼠胚胎生成,包括清晰脑区域、神经管以及搏动的心脏样结构|总编辑圈点

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自然形成和合成胚胎对比图。图片来源:《自然》在线版

科技日报实习记者 张佳欣

据英国《自然》杂志25日发表的一篇论文,包括美国加州理工学院、英国剑桥大学等机构在内的联合团队描述生成了一种干细胞来源的合成小鼠胚胎。这一胚胎模型复制了自然小鼠胚胎从受精到第8.5天的各个发育阶段,包括清晰脑区域、一个神经管以及一个搏动的心脏样结构的形成。此外,该模型能够复制自然小鼠胚胎中观察到的基因敲除结果。这一发现提出了一种可能——可使用此类模型理解调控发育早期阶段的因素,而无需使用实验动物。

胚胎干细胞能够在实验室形成胚胎样结构。但是这些模型无法全然模拟发育的所有阶段,例如,它们无法完全概括一个称为神经胚形成的过程(即神经管的形成,它最终会分化为脑和脊髓)。

研究人员此次在实验室里装配了干细胞来源的小鼠胚胎,组合使用了胚胎干细胞、滋养层干细胞和诱导胚外内胚层干细胞,所有细胞皆来自小鼠。结果产生的ETiX胚状体模型能够发育到神经胚形成之后,即相当于受精后8.5天的自然小鼠胚胎,并形成了所有脑区域、一个神经管、一个搏动的心脏和一个肠管。

研究团队提到,模型能够通过自组织干细胞类型实现此结果,无需外部信号调节。在进一步实验中,团队成功展示了敲除Pax6基因(参与眼部和其他感觉器官的发育)的胚状体模型,导致的效果和自然Pax6敲除的小鼠胚胎相似。

研究人员总结说,ETiX胚状体提供了一个有用的生理学胚胎发育模型,为研究发育和疾病机制提供了新机会。

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如今的这项研究,已处于迄今为止在干细胞衍生模型中实现的最先进阶段,其关键进步是产生了相当于小鼠整个大脑的能力,特别是对脑前部区域的复制,一直是合成胚胎发育界的“王冠”。该方法的真正意义有两个,一个是帮助研究人员了解为什么有些胚胎会失败,另一些就会顺利发育;另一个则是未来如能在人类干细胞上也取得成功,就可用于指导合成器官的修复和开发,帮助到大量等待移植的患者挽救生命。