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人類胚胎模型重要進(jìn)展 準(zhǔn)確再現(xiàn)早期發(fā)育
頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》近日以“加速預(yù)覽”（Accelerated Article Preview）形式上線了一篇研究論文，展示了用人類干細(xì)胞制造的一種胚胎發(fā)育模型。這個(gè)模型被稱為人胚狀體（blastoid），能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)胚胎早期發(fā)育的關(guān)鍵階段，包括模擬胚胎在子宮觸發(fā)著床的過程。
來源： 學(xué)術(shù)經(jīng)緯 2021-12-06A-A+
頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》近日以“加速預(yù)覽”（Accelerated Article Preview）形式上線了一篇研究論文，展示了用人類干細(xì)胞制造的一種胚胎發(fā)育模型。這個(gè)模型被稱為人胚狀體（blastoid），能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)胚胎早期發(fā)育的關(guān)鍵階段，包括模擬胚胎在子宮觸發(fā)著床的過程。
《自然》的評論強(qiáng)調(diào)，該模型將有助于推進(jìn)我們對人類發(fā)育早期階段的認(rèn)識，以及開發(fā)不孕不育的治療方法或避孕藥。
奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所（IMBA）的Nicolas Rivron博士是這項(xiàng)研究的通訊作者。2018年，他和同事們首先探索了用小鼠干細(xì)胞制造胚狀體模型的方法，當(dāng)時(shí)的研究進(jìn)展同樣登上了《自然》。在培養(yǎng)皿中，小鼠干細(xì)胞可以像真實(shí)的早期胚胎那樣，形成空心球形狀的囊胚（blastocyst）。
此次研究中，科學(xué)家們更進(jìn)一步，采用人類多能干細(xì)胞產(chǎn)生了模擬囊胚的人胚狀體。
▲胚狀體模型，與真實(shí)囊胚的結(jié)構(gòu)相似，有滋養(yǎng)外胚層和原始內(nèi)胚層（圖片來源：參考資料[3]；Credit：Nicolas Rivron Lab）
按照人類的胚胎發(fā)育速度，受精卵在形成后一周才會(huì)植入子宮壁。在這個(gè)早期階段，受精卵經(jīng)過一系列分裂形成囊胚。著床成功的囊胚進(jìn)行后續(xù)發(fā)育，最終形成胚胎和胎盤等結(jié)構(gòu)。
著床期前后是理解發(fā)育缺陷和流產(chǎn)的關(guān)鍵。正因?yàn)檫@一階段非常關(guān)鍵，近年來，多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)提出了多種形成人類囊胚模型的方法，在體外產(chǎn)生與真實(shí)囊胚相類似的結(jié)構(gòu)。
此次新模型的特點(diǎn)在于，它產(chǎn)生的細(xì)胞可以更忠實(shí)地反映囊胚發(fā)育順序和速度。研究作者確定了涉及Hippo、TGF-β和ERK的三條信號通路，當(dāng)抑制這些通路時(shí)，形成的囊胚狀結(jié)構(gòu)有效地模擬了正常囊胚發(fā)育（效率超過 70%），并形成正確細(xì)胞（效率超過 97%）。根據(jù)囊胚的發(fā)育順序和時(shí)間點(diǎn)，產(chǎn)生了圍著床時(shí)期人類胚胎的三個(gè)主要細(xì)胞譜系，即滋養(yǎng)外胚層、上胚層和原始內(nèi)胚層。
▲模擬受精卵形成囊胚的早期發(fā)育過程，干細(xì)胞在體外形成了類似囊胚的結(jié)構(gòu)（參考資料[1]）
實(shí)驗(yàn)顯示，研究人員培養(yǎng)出的人胚狀體可以在培養(yǎng)皿中附著于受激素刺激的子宮內(nèi)膜細(xì)胞上。這意味著，這一模型很接近發(fā)育了13天的自然人類胚胎，可以反映著床前后的各個(gè)方面。
▲體外實(shí)驗(yàn)?zāi)M囊胚觸發(fā)著床反應(yīng)、植入子宮壁的過程（圖片來源：參考資料[1]）
通過高效、準(zhǔn)確再現(xiàn)人類胚胎發(fā)育的關(guān)鍵階段，人胚狀體將有很多潛在的應(yīng)用。Rivron博士介紹，這種胚胎模型可以從多個(gè)方面幫助生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究人員開發(fā)新療法，包括治療不孕癥、優(yōu)化試管嬰兒植入程序、設(shè)計(jì)新的避孕藥物，通過評估孕早期的細(xì)胞異常預(yù)防疾病，更可靠地制造有功能的器官用于藥物篩選甚至移植。
參考資料：
[1] Harunobu Kagawa et al., (2021) Human blastoids model blastocyst development and implantation. Nature Doi: 10.1038/s41586-021-04267-8
[2] Laboratory for Synthetic Development. Retrieved Dec. 2, 2021 from https://www.blastoid.org/theblastoid
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