劍橋大學(xué)的科學(xué)家們設(shè)法創(chuàng)造了一種類似于小鼠胚胎的結(jié)構(gòu)，使用兩種類型的干細(xì)胞 - 身體的“主細(xì)胞” - 和一種可以生長的3D支架。了解胚胎發(fā)育的早期階段是有意義的，因?yàn)檫@些知識可能有助于解釋為什么此時(shí)三分之二以上的人類懷孕失敗。一旦哺乳動物的卵被精子受精，它就會分裂多次，形成一個(gè)小的，自由漂浮的干細(xì)胞球。特定的干細(xì)胞最終將成為未來的身體，胚胎干細(xì)胞(胚胎干細(xì)胞)聚集在胚胎內(nèi)部朝向一端：這個(gè)發(fā)育階段被稱為胚泡。胚泡中另外兩種類型的干細(xì)胞是胚胎外滋養(yǎng)層干細(xì)胞(TSCs)，它們會形成胎盤; 原始內(nèi)胚層干細(xì)胞將形成所謂的卵黃囊，確保胎兒的器官發(fā)育正常，并提供必需的營養(yǎng)。

以前僅使用胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)胚胎樣結(jié)構(gòu)的嘗試取得了有限的成功。這是因?yàn)樵缙谂咛グl(fā)育需要不同類型的細(xì)胞彼此緊密配合。然而，在今天發(fā)表在“ 科學(xué) ”雜志上的一項(xiàng)研究中，劍橋研究人員描述了如何使用基因改造的小鼠胚胎干細(xì)胞和TSCs以及稱為細(xì)胞外基質(zhì)的3D支架，他們能夠生長出一種能夠組裝的結(jié)構(gòu)。本身，其發(fā)展和建筑與天然胚胎非常相似。

“胚胎和胚胎外胚胎細(xì)胞開始相互交談，組織成一個(gè)看起來像胚胎的結(jié)構(gòu)，”生理學(xué)，發(fā)育和神經(jīng)科學(xué)系的Magdalena Zernicka-Goetz教授解釋說。研究。“它具有解剖學(xué)上正確的區(qū)域，可以在正確的時(shí)間和地點(diǎn)發(fā)展。”

Zernicka-Goetz教授及其同事發(fā)現(xiàn)兩種類型的干細(xì)胞之間存在顯著的交流程度：從某種意義上說，細(xì)胞正在告訴彼此胚胎在哪里放置自己。

“我們知道不同類型的干細(xì)胞之間的相互作用對于發(fā)育非常重要，但我們的新工作所表明的驚人之處在于，這是一種真正的伙伴關(guān)系 - 這些細(xì)胞真正引導(dǎo)彼此，”她說。“如果沒有這種伙伴關(guān)系，形狀和形式的正確發(fā)展以及關(guān)鍵生物機(jī)制的及時(shí)活動就不會得到適當(dāng)?shù)陌l(fā)揮。”

將他們的人工“胚胎”與正常發(fā)育的胚胎進(jìn)行比較，該團(tuán)隊(duì)能夠證明其發(fā)展遵循相同的發(fā)展模式。干細(xì)胞組織起來，一端是胚胎干細(xì)胞，另一端是胚胎干細(xì)胞。在連接在一起之前，腔在每個(gè)簇內(nèi)打開然后向上，最終成為胚胎將在其中發(fā)育的大的，所謂的親羊膜腔。

研究人員表示，雖然這種人造胚胎與真實(shí)胚胎非常相似，但它不太可能進(jìn)一步發(fā)育成健康的胎兒。要做到這一點(diǎn)，它可能需要第三種形式的干細(xì)胞，這將允許卵黃囊的發(fā)育，卵黃囊為胚胎提供營養(yǎng)，并在其中形成血管網(wǎng)絡(luò)。此外，該系統(tǒng)尚未針對胎盤的正確發(fā)育進(jìn)行優(yōu)化。

Zernicka-Goetz教授最近開發(fā)了一種技術(shù)，允許胚泡在植入階段后體外發(fā)育，使研究人員能夠在受精后13天內(nèi)首次分析人類胚胎發(fā)育的關(guān)鍵階段。她相信這一最新發(fā)展可以幫助他們克服人類胚胎研究的主要障礙之一：胚胎短缺。目前，胚胎是通過IVF診所捐贈的卵子開發(fā)的。

她說：“我們認(rèn)為，使用人類胚胎和胚胎外胚胎干細(xì)胞，使用類似于我們使用小鼠干細(xì)胞的技術(shù)，可以模擬14天前發(fā)生的大量發(fā)育事件。” “我們非常樂觀地認(rèn)為，這將使我們能夠研究人類發(fā)展這個(gè)關(guān)鍵階段的關(guān)鍵事件，而不必真正開展胚胎研究。了解發(fā)展的正常發(fā)展將使我們能夠理解為什么它經(jīng)常出錯。”

該研究主要由Wellcome Trust和歐洲研究委員會資助。

Wellcome細(xì)胞與發(fā)育科學(xué)負(fù)責(zé)人Andrew Chisholm博士說：“這是一項(xiàng)優(yōu)雅的研究，在培養(yǎng)中創(chuàng)造了一個(gè)小鼠胚胎，讓我們可以一瞥哺乳動物發(fā)育的最早階段.Zernicka-Goetz教授的工作真正體現(xiàn)了它的重要性在幫助我們解決我們尚未獲得足夠證據(jù)的難題的基礎(chǔ)研究方面，理論上，類似的方法有朝一日可用于探索早期人類發(fā)展，揭示母體環(huán)境在出生缺陷中的作用和健康。“