精子遇到卵子后的前幾周仍然存在許多謎團。其中：導(dǎo)致過程失敗的原因，導(dǎo)致許多不孕癥。盡管這個關(guān)鍵階段非常重要，但科學(xué)家們還沒有很好的方法來探索新形成的細胞球植入人體子宮壁后可能出現(xiàn)的問題，甚至是什么必須正確的問題。

但使用人類干細胞的新成就可能有助于改變這一點。微小的實驗室培養(yǎng)結(jié)構(gòu)可以讓研究人員有機會看到他們以前無法做到的事情，同時避免與研究實際胚胎相關(guān)的倫理問題。

密歇根大學(xué)的一個研究小組在Nature Communications報道，他們哄騙多能人類干細胞在特殊設(shè)計的表面上生長成類似于人類發(fā)育早期方面的結(jié)構(gòu)，稱為羊膜囊。

這些細胞在天然羊膜囊中自發(fā)地形成了一些相同的結(jié)構(gòu)和分子特征，天然羊膜囊是一種不對稱的空心球狀結(jié)構(gòu)，含有細胞，可以產(chǎn)生胎盤的一部分以及胚胎本身。但是在UM生長的結(jié)構(gòu)缺乏早期胚胎的其他關(guān)鍵組成部分，因此它們不能發(fā)育成胎兒。

這是團隊第一次從干細胞開始建立這樣一個結(jié)構(gòu)，而不是像其他一些團隊那樣哄騙捐贈的胚胎來發(fā)展。

“多達一半的懷孕在受精后的前兩周內(nèi)結(jié)束，通常在女性意識到自己懷孕之前就已經(jīng)結(jié)束。對于一些夫婦來說，長期無法通過這些關(guān)鍵的早期發(fā)育步驟，但我們沒有以前有一個模型可以讓我們探索原因，“聯(lián)合資深作家Deborah Gumucio博士說。“我們希望這項工作能讓許多科學(xué)家更深入地了解正常和異常發(fā)育所涉及的途徑，這樣我們才能理解地球上最迷人的生物學(xué)。”Gumucio是密歇根醫(yī)學(xué)院恩格爾醫(yī)學(xué)中心的恩格爾大學(xué)細胞與發(fā)育生物學(xué)教授。

穩(wěn)定的PASE

研究人員將新結(jié)構(gòu)稱為植入后羊膜囊胚胎或PASE。他們描述了PASE是如何形成一個空心球形結(jié)構(gòu)，具有兩個不同的半部分，即使細胞分裂也能保持穩(wěn)定。

一半由細胞構(gòu)成，將成為羊膜外胚層，另一半由多能外胚層細胞組成，其在自然界中構(gòu)成胚盤。中空中心類似于羊膜腔 - 在正常發(fā)育過程中最終產(chǎn)生充滿液體的囊，其在發(fā)育期間保護和緩沖胎兒。

Gumucio將一個PASE比作一個不匹配的塑料復(fù)活節(jié)彩蛋或一個藍色和紅色的神奇寶貝球 - 兩個明顯分成兩半的細胞，在一個空心中心周圍保持穩(wěn)定的形狀。

該團隊還報告了在PASE發(fā)展過程中被激活的基因的詳細信息，以及PASE中的細胞相互發(fā)送并傳遞給鄰近組織的信號。他們表明穩(wěn)定的兩分之一的PASE結(jié)構(gòu)依賴于一種稱為BMP-SMAD的信號通路，這種通路已知對胚胎發(fā)育至關(guān)重要。

Gumucio指出，PASE結(jié)構(gòu)甚至表現(xiàn)出引發(fā)“原始條紋”的最早跡象，盡管它沒有完全發(fā)展。在人類胚胎中，條紋將開始稱為原腸胚形成的過程。這就是將新細胞分為三個細胞層 - 內(nèi)胚層，中胚層和外胚層 - 這對于產(chǎn)生體內(nèi)所有器官和組織至關(guān)重要。

協(xié)作提供了火花

這項新研究直接來自Gumucio實驗室與其他資深作者UM機械工程副教授Jianping Fu博士之前的合作。

在之前的工作中，自然材料公司報道，該團隊成功地將干細胞球植入Fu的實驗室設(shè)計的特殊表面，類似于簡化的子宮壁。他們發(fā)現(xiàn)，一旦細胞附著在這個基質(zhì)上，它們就會開始分化成完全由羊膜組成的中空囊腫 - 羊膜是一種堅韌的胚外組織，可以容納羊水。

但是，F(xiàn)u's實驗室研究生Yu Shao博士的共同作者和Gumucio實驗室博士后研究員Ken Taniguchi對這些囊腫的進一步分析顯示，這些囊腫的一小部分是穩(wěn)定不對稱，看起來像早期的人類或猴子羊膜囊。

研究小組發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)也可以從誘導(dǎo)多能干細胞(iPSCs) - 來自人類皮膚的細胞生長，并在實驗室中生長，條件使它們能夠成為任何類型的細胞，類似于胚胎干細胞的行為。這為使用由經(jīng)歷慢性不育的夫婦捐贈的皮膚細胞的未來工作打開了大門，這些夫婦可以生長成iPSC并使用該團隊設(shè)計的方法測試其形成適當?shù)难蚰つ业哪芰Α?/p>

重要說明和后續(xù)步驟

除了與遺傳和不孕癥專家合作深入研究與人類不孕癥有關(guān)的PASE生物學(xué)外，該團隊還希望探索羊膜組織的其他特征。

例如，羊膜組織的早期破裂可能危及胎兒或?qū)е铝鳟a(chǎn)。該團隊還打算研究人羊膜形成的哪些方面也發(fā)生在小鼠羊膜的發(fā)育中。小鼠胚胎模型作為用于研究人類遺傳疾病的體內(nèi)模型非常有吸引力。

該小組的工作由一個小組監(jiān)督，該小組負責(zé)監(jiān)測UM在多能干細胞方面所做的所有工作，并根據(jù)有關(guān)人類干細胞研究的法律進行研究。在細胞球有效達到14個發(fā)育日之前，該團隊結(jié)束了實驗，截止日期被用作胚胎研究的國際限制 - 盡管這項工作涉及不能形成胚胎的組織。一些干細胞系來源于UM私人資助的人胚胎干細胞MStem細胞實驗室和UM多能干細胞核心。