人造胚胎竟成功培育出大脑和心脏!Nature还没排版就急忙发表,研究人员:下一步人类胚胎模型
剑桥大学和加州理工学院十数年研究
白交 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
人造胚胎,竟发育出完整的大脑结构和心脏?!
经过十多年的研究,来自剑桥大学和加州理工学院的科学家们真的做到了。
其研究成果登上了最新的Nature。
(为了尽早被更多学者看到,Nature甚至还没来得及排版编辑,就直接把预印本给搬上来了。)
研究人员表示,这次主要进展在于产生整个大脑的能力,尤其是前部区域,这一直是合成胚胎发育的“圣杯”。
来康康这是一项什么样的研究。
人造胚胎发育出心脏和大脑
胚胎干细胞,在学界被认为是万能细胞。因为它可以在体外进行哺乳动物胚胎中发生的许多阶段。
但实际上,想要这种干细胞的发育潜力大大拓展,还需要其他干细胞来支持,与胚胎干细胞进行相互作用。
即早期发育过程中的三种胚胎外干细胞:滋养层干细胞(TSC)、胚胎外内胚层干细胞 (XEN) 和诱导型XEN 细胞 (iXEN)。
科学家们在实验室中将胚胎干细胞跟TSC、iXEN按比例组装成衍生胚胎模型。通过诱导一组特定基因表达,研究人员让这些干细胞彼此“交谈”。
这种路径的思考,实际上与人类胚胎发育过程有关。
以往的研究表明,人类胚胎要成功发育,就需要早期胚胎组织与对外连接的组织(将胚胎与母亲连接起来的组织)之间进行“对话”。
在受精后第一周,三种类型干细胞发育:一种最终分化为身体组织,另外两种则继续支持胚胎发育。
一种为胚外干细胞将成为胎盘,将胎儿与母亲连接起来,并提供氧气和营养。
另一个将成为卵黄囊,胚胎在那里生长,并在早期发育过程中从中获取营养。
基于这样的背景,研究人员构建了一个小鼠胚胎模型。整个发育过程是在启动血岛发育的胚胎外卵黄囊内发育的。
结果在发育的第8.5天,胚胎模型显示出明的前脑和中脑区域的头部褶皱。
除此之外,还有一个跳动的心脏状结构,一个由神经管和体节组成的躯干,一个含有神经中胚层祖细胞的尾芽,一个肠管和原始生殖细胞。
这一研究结果,证明了胚胎和两种类型的胚胎外干细胞的自组织能力——通过原肠胚和早期器官形成,重建哺乳动物的发育能力。
进一步的,他们还研究了这种人造胚胎的基因表达模式,发现与天然胚胎非常相似。
团队十数年研究
这一研究来自剑桥大学、加州理工学院、华盛顿大学等机构的研究人员合著完成。
研究人员表示,这为实验模型中研究神经发育机制开辟了新的可能性。
而且虽然现在是在小鼠模型中进行,他们还正在开发一个类似于人类胚胎的发育模型,以了解关键过程背后的机制。
如果在将时间轴拉长,这一方法将可以用来指导合成器官的发展。
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论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05246-3
参考链接:
https://www.eurekalert.org/news-releases/962771
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