Nature:胚胎幹細胞培養出的類原腸胚能模擬20天大的人類胚胎

2020-12-05 Magicstemcell

有胚胎幹細胞培養經驗的小夥伴們都知道，人體胚胎不能培養超過14天，即重要的「14天法則」。

14天的限制是由美國衛生、教育和福利署的倫理諮詢委員會在1979年首次提出。在中國2003年人類胚胎幹細胞研究的倫理準則中也有所體現。

「14天原則」經過了政策研究者的細緻諮詢及討論，認為胚胎發育到14天時將開始形成一道「原條」，該結構使胚胎開始擁有一些個體特徵，會引發倫理問題。

顯然，這一法則對科研人員來說並不「友好」。

受精胚胎發育至14天時，出現原條，進而會自身摺疊形成三層結構即我們熟悉的三胚層，這個過程被稱為原腸胚形成。隨後繼續發育成人體中存在的不同組織類型，很多出生缺陷被認為是在這個關鍵的發育時期引起的，但科學家們卻無法觀察到該過程的機制。

最近，劍橋大學和荷蘭Hubrecht研究所的研究人員利用人胚胎幹細胞生成了三維「類原腸胚」（Gastruloid），使科學家首次觀察到了人類胚胎發育的最早階段。這一成果發表於Nature雜誌。

展示出前後軸性的人類類腸胚 圖片來源：Naomi Moris

科學家們使一定數量的人類胚胎幹細胞在微孔中形成緊密的聚集體，用化學信號處理後，觀察到類原腸胚從圓形過渡到細長形的過程，產生了頭尾軸（前後軸）。

20天大的人類胚胎（左）與72 h類原腸胚（右）的基因表達譜的相似性

人胚圖：Kathleen Kay Sulik ；類原腸胚圖：Naomi Moris

通過研究類原腸胚72h發育過程中某關鍵基因的的表達，並與卡內基人類胚胎收藏館收藏的人類胚胎進行比較，研究人員得出結論，3天大的類原腸胚能模擬20天大的人類胚胎的某些關鍵特徵，包括胸肌，骨和軟骨，沒有發現包含腦細胞的結構。

劍橋大學初級研究員Martinez-Arias和Naomi Moris博士認為類原腸胚缺乏早期人類胚胎的形態（形狀），因此沒有表現出人類的有機體形式。它們不等同於人類胚胎，並且沒有發育成人類機體的潛能。

「我們能夠首次在實驗室中揭示和探究人類早期胚胎發育的過程。」 本研究第一作者Naomi Moris說：「這個模型標誌著向三維模擬人體發育邁出的第一步」。

按照目前的方案，大多數類原腸胚在72小時後會捲曲或縮回，這可能代表了該技術上的局限性。

參考文獻：

1、Stem-Cell-Based Human Gastruloid Allows Peek into 「Black Box」 of Embryonic Development

2、生物探索：Nature觀點：人體胚胎不能培養超過14天是個什麼法規

3、Stem cell technology allows Cambridge scientists to model 20-day old embryo

相關焦點

  • 新型三維組織培養模型有助解開人類早期胚胎發育謎團
    新華社倫敦6月11日電（記者張家偉）英國《自然》雜誌11日在線發表的研究成果顯示，一國際團隊藉助人類胚胎幹細胞生成了新型三維組織培養模型，這有助增進學界對人類早期胚胎發育的理解。人類發育早期，胚胎只是一小團細胞，自行摺疊形成具有前後端的三層結構，即原腸胚，這個過程被稱為原腸胚形成，之後各胚層繼續形成身體內的不同組織類型。此前學界大多利用小鼠細胞製作三維模型，但這對深入研究人類的原腸胚形成還不足夠。
  • Nature:科學家建立人類胚胎三維模型,有望揭秘出生缺陷和不孕的原因
    近日，英國劍橋大學和荷蘭Hubrecht研究所的科學家通過人類胚胎發育幹細胞，建立了一種模擬人類早期胚胎發育的新型三維組織培養模型，或有助增進對人類早期胚胎發育這一重要發育階段的理解。6 月 11 日，相關論文發表在《Nature》雜誌上。
  • 劍橋博士小姐姐研究人造胚胎
    現在，他還是國際幹細胞研究學會（ISSCR）指南工作組成員，在今年，他被評為皇家化學學會（RSC）研究員，以及美國醫學和生物學工程學會（AIMBE）會員。利用胚胎幹細胞，建立早期胚胎3D模型那他們是如何做到的？簡單來說，就是用胚胎幹細胞，培養出人類胚胎的3D模型。
  • Nature:重磅!科學家利用人類胚胎幹細胞成功開發出人類胚胎樣模型!
    原腸胚階段通常被稱為人類發育的「黑箱期」（black box），因為法律限制禁止在第14天之後在實驗室培養人類胚胎，而這一過程是從第14天開始的，這個限制設定在胚胎不能形成雙胞胎的階段。很多出生缺陷都源於黑箱期，其原因包括酒精、藥物、化學藥品和感染等，深入理解人類原腸胚期間的分子事件也能夠幫助解決很多醫學問題，包括不孕症、流產和遺傳性疾病等。
  • 體外模擬人類發育第一步!科學家培養出人類胚胎三維模型
    ，培養出人類胚胎三維模型 展示出前後軸性的人類類腸胚（圖片來源：Naomi Moris） 人類胚胎在發育早期自行摺疊後，會形成具有前後端的三層結構——原腸胚，這個過程被稱為原腸胚形成，之後各胚層繼續形成身體內的不同組織類型。
  • 體外模擬人類發育第一步!科學家培養出人類胚胎三維模型 | 環球科學要聞
    ，培養出人類胚胎三維模型展示出前後軸性的人類類腸胚（圖片來源：Naomi Moris）人類胚胎在發育早期自行摺疊後，會形成具有前後端的三層結構——原腸胚，這個過程被稱為原腸胚形成，之後各胚層繼續形成身體內的不同組織類型。
  • 重磅級文章解讀近年來胚胎幹細胞研究領域新成果!
    這項新的臨床前研究首次展示了胚胎幹細胞如何將CMA保持在低水平，以促進這種自我更新，而且我們揭示了兩種可能操縱胚胎幹細胞自我更新和分化的新方法來關閉這種抑制，以增強CMA活性和讓它們分化成特化細胞。【2】Nature：重磅！科學家利用人類胚胎幹細胞成功開發出人類胚胎樣模型！
  • 三維模擬人體發育再添新模型
    本文轉自【科技日報】；科技日報北京6月11日電 （記者張夢然)英國《自然》雜誌11日發表一項胚胎學重要研究成果，英國科學家報告一種關於人類早期胚胎發育的新型三維組織培養模型問世。該模型採用了人類細胞，不但有助於研究人員增進對胚胎重要發育階段的理解，還標誌著人們在三維模擬人體發育領域已經邁出了重要的第一步。 發育早期，人類胚胎只是一小團細胞，自行摺疊形成具有前後端的三層結構——原腸胚。這是胚胎發育的一個極其重要階段，在這一時期，細胞核開始起主導作用，合成新的蛋白質，細胞分化顯著，為組織、器官發生打下基礎。
  • 科學家用幹細胞造出類胚胎模型 觀察人體發育的「藍圖」
    更好地了解人類的原腸胚形成期也有助於闡明其他疾病，包括不孕、遺傳疾病和流產。該論文的作者、劍橋大學的遺傳學家阿方索•馬丁內斯-阿里亞斯(Alfonso Martinez-Arias)說:「我們的模型生成了人類藍圖的一部分。」「能見證到目前為止從視野和研究中被隱藏起來的發育過程是令人興奮的。」
  • 解讀近年胚胎幹細胞研究領域成果!
    圖片來自Nature, doi:10.1038/s41586-018-0578-0哺乳動物身體的結構在胚胎植入子宮後不久就已建立。身體的前後軸、背腹軸和中間外側軸在協調胚胎的各個區域中的DNA轉錄的基因網絡的調節下便已確定了。
  • 20年間,胚胎幹細胞的「革命之路」 | Nature長文
    自1998年科學界首次成功獲得人類胚胎幹細胞至今，20年間圍繞著它的研究一直在希望、爭議之間發展，並正朝著臨床的方向積極前進。由胚胎幹細胞分化而來的神經群，在培養基中聚集成球狀。他帶領團隊利用胚胎幹細胞探索來源於成熟細胞的DNA經過重編程「還原」至胚胎狀態的可能，為糖尿病診療帶來新線索。2016年，Dieter Egli在《Nature》期刊發表重要研究，開發出一種全新的人類胚胎幹細胞（只攜帶一半數量的染色體），簡化對人類基因組的研究。
  • Science：首次利用小鼠胚胎幹細胞構建出胚胎軀幹樣結構
    在一項新的研究中，來自德國馬克斯-普朗克分子遺傳學研究所等研究機構的研究人員在一種特殊凝膠中培養小鼠胚胎幹細胞，成功地製造出一種稱為胚胎軀幹樣結構（embryonic trunk-like這些TLS結構能在五天內從細胞團塊中發育出神經、骨骼、軟骨和肌肉組織的前體。這可以讓我們在未來更有效地探究藥物的效果，而且這種研究的規模是在活體生物體內無法實現的。
  • 單細胞和空間轉錄組揭示類原腸胚的體節發生
    單細胞和空間轉錄組揭示類原腸胚的體節發生 作者：小柯機器人 發布時間：2020/3/3 11:31:58 荷蘭烏得勒支大學醫學中心Alexander van Oudenaarden、Susanne C. van den Brink
  • Nature:人和豬胚胎類似性揭示出人早期發育階段的關鍵細節
    作為卵子和精子的前體細胞，原始生殖細胞是著床後在人胚胎中出現的最早細胞之一，在大約17天時出現，而周圍的細胞繼續形成人體的其餘部分。然而，人們對它們是如何起源的知之甚少。當前，法律禁止培養超過14天的人胚胎，這會阻止對原始生殖細胞產生和隨後的原腸胚形成等事件的研究。如今，科學家們結合使用人和豬發育模型來闡明這些事件。
  • 胚胎幹細胞研究最新進展
    當內細胞群在培養皿中培養時，我們稱之為胚胎幹細胞。 通常人胚胎幹細胞的來源有四種：選擇性流產的人類胚胎組織；治療不孕症夫婦不需要的由體外受精產生的人類胚胎；由捐獻者專門為研究所捐獻的配子由體外受精產生的人類胚胎；由體細胞核移植技術將人體細胞核移植入人或動物的卵泡內產生人類胚胎或嵌合體胚胎。
  • 世界首例胚胎幹細胞培養的肝細胞在新生兒體內移植成功!
    無論在體外還是體內環境，ES細胞都能被誘導分化為機體幾乎所有的細胞類型。日本國立成育醫療中心於5月21日發布了一項研究成果，世界首例胚胎幹細胞培養的肝細胞在一名新生兒體內移植成功了！日本醫生成功地將胚胎幹細胞來源的肝細胞移植到新生兒體內，這是世界上首次可以為新生兒提供新治療選擇的手術。
  • 世界首例胚胎幹細胞培養的肝細胞在新生兒體內移植成功
    無論在體外還是體內環境，ES細胞都能被誘導分化為機體幾乎所有的細胞類型。日本國立成育醫療中心於5月21日發布了一項研究成果，世界首例胚胎幹細胞培養的肝細胞在一名新生兒體內移植成功了！日本醫生成功地將胚胎幹細胞來源的肝細胞移植到新生兒體內，這是世界上首次可以為新生兒提供新治療選擇的手術。這名新生兒患有先天性尿素循環障礙，其肝臟不能分解毒氨。
  • 人類胚胎早期發育的黑匣子 正在緩緩打開?
    從受精卵著床到第14天原腸胚形成前 人類胚胎發育仍是神秘「黑匣子」　　人類受精卵的發育，始於一系列卵裂和形態發生重排，形成囊胚。晚期囊胚包含三個不同的細胞譜系，即上胚層細胞及內胚層細胞和滋養外胚層兩個胚外組織。在進入子宮後，上胚層細胞產生三胚層細胞以及整個胎兒，而後兩者分別產生卵黃囊和胎盤。對囊胚前胚胎的發育，科學家們已經開展廣泛的研究，取得了一定進展。
  • 前沿|胚胎幹細胞研究最新進展
    當內細胞群在培養皿中培養時，我們稱之為胚胎幹細胞。通常人胚胎幹細胞的來源有四種：選擇性流產的人類胚胎組織；治療不孕症夫婦不需要的由體外受精產生的人類胚胎；由捐獻者專門為研究所捐獻的配子由體外受精產生的人類胚胎；由體細胞核移植技術將人體細胞核移植入人或動物的卵泡內產生人類胚胎或嵌合體胚胎。
  • 猴子一生中「最重要時刻」 胚胎原腸運動首次體外重現
    &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp來自中國科學院動物研究所等單位的研究人員，藉助該團隊深耕多年建立的非人靈長類動物胚胎體外培養系統，將食蟹猴囊胚體外培養至原腸運動出現，並進一步發育至受精後20天，體外重現非人靈長類動物胚胎原腸運動。該研究為了解靈長類動物早期胚胎發育過程奠定了重要的研究基礎，重現了猴子一生中「最重要的時刻」。