原腸胚形成：囊胚形成之后，胚胎細(xì)胞進(jìn)一步遷移、分化形成具有內(nèi)、中、外三個胚層結(jié)構(gòu)的發(fā)育過程。為后繼的器官形成奠定基礎(chǔ)。在其形成過程中細(xì)胞運動類型大致有：外包、內(nèi)陷、內(nèi)卷、內(nèi)移、分層等。

原腸胚形成是胚胎從中空球體重新組織成多層結(jié)構(gòu)的過程，被認(rèn)為是人類發(fā)育的“黑盒子"。這是因為出于生物倫理的考慮，人類胚胎的培養(yǎng)時間通常不會超過14天，而原腸胚形成發(fā)生在受精后的17至21天之間。此外，目前模擬原腸胚形成的干細(xì)胞模型還不能包括產(chǎn)生卵黃囊和胎盤所需的胚胎外組織。在7月20日發(fā)表在《細(xì)胞》(Cell)雜志上的一項研究中，研究人員報告了一種開發(fā)“peri-gastruloids"的新方法，這是一種類似胚胎的結(jié)構(gòu)，包括一種支持組織——卵黃囊，這在以前的模型中是缺失的。

德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的干細(xì)胞生物學(xué)家、資深作者Jun Wu說:“雖然人類原胚形成和早期器官發(fā)生的非整合模型已經(jīng)從人類多能干細(xì)胞中發(fā)展出來，但這些模型缺乏在胚胎模式和形態(tài)發(fā)生中起重要作用的胚胎外細(xì)胞。"“胚胎和胚胎外組織的存在使研究人員能夠檢查原腸胚形成過程中外胚層、羊膜和卵黃囊之間的相互作用——這是以前在人類中無法實現(xiàn)的。"

研究人員的方法使用了擴(kuò)增的多能干細(xì)胞(EPSCs)，而不是更常用的引物多能干細(xì)胞。這些細(xì)胞在小鼠體內(nèi)分化為胚胎組織和胚胎外組織。通過向人類EPSCs中添加適當(dāng)?shù)纳L因子，它們分化為這兩種類型的組織。然后，這些細(xì)胞自我組織成類似于人類胚胎的結(jié)構(gòu)，研究人員將其稱為“peri-gastruloids"。

胚胎外組織釋放指導(dǎo)胚胎發(fā)育的化學(xué)信號，這使得這些類原腸腺周圍細(xì)胞能夠模擬幾個重要的過程，這些過程被認(rèn)為是發(fā)育黑箱期的一部分。類原胃周圍發(fā)育為胚胎生長的羊膜腔和為胚胎提供血液供應(yīng)的卵黃囊腔。此外，類胃周圍顯示器官發(fā)生的早期跡象，如神經(jīng)發(fā)育，這標(biāo)志著中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的開始。

研究小組報告說，他們的方法是有效的和可重復(fù)的。在他們認(rèn)為是小規(guī)模的試驗中，他們能夠產(chǎn)生數(shù)百個類胃旁細(xì)胞。Wu說:“這個模型的強大之處在于它能夠在最小的外部干預(yù)下利用人類EPSCs的自組織能力。"

研究小組指出，由于排除了產(chǎn)生胎盤的滋養(yǎng)細(xì)胞，peri-gastruloids無法存活，這有助于減輕這項研究的倫理擔(dān)憂。該項目遵循國際干細(xì)胞研究指南，并得到西南大學(xué)干細(xì)胞監(jiān)督委員會的批準(zhǔn)。

這項工作得到了紐約干細(xì)胞基金會和美國生殖醫(yī)學(xué)研究所的支持。

文獻(xiàn)參考:

Lizhong Liu, Seiya Oura, Zachary Markham, James N. Hamilton, Robin M. Skory, Leijie Li, Masahiro Sakurai, Lei Wang, Carlos A. Pinzon-Arteaga, Nicolas Plachta, Gary C. Hon, Jun Wu. Modeling post-implantation stages of human development into early organogenesis with stem-cell-derived peri-gastruloids. Cell, 2023; DOI: 10.1016/j.cell.2023.07.018