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(gè)胚層結(jié)構(gòu)的發(fā)育過(guò)程。為后繼的器官形成奠定基礎(chǔ)。在其形成過(guò)程中細(xì)胞運(yùn)動(dòng)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(guò)程，被認(rèn)為是人類發(fā)育的“黑盒子"。這是因?yàn)槌鲇谏飩惱淼目紤]，人類胚胎的培養(yǎng)時(shí)間通常不會(huì)超過(guò)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(pán)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(xiàng)研究中，研究人員報(bào)告了一種開(kāi)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(shuō):“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(lái)，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(guò)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(wú)法實(shí)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(guò)向人類EPSCs中添加適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)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(hào)，這使得這些類原腸腺周圍細(xì)胞能夠模擬幾個(gè)重要的過(guò)程，這些過(guò)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(zhǎng)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(kāi)始。

研究小組報(bào)告說(shuō)，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(yàn)中，他們能夠產(chǎn)生數(shù)百個(gè)類胃旁細(xì)胞。Wu說(shuō):“這個(gè)模型的強(qiáng)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(pán)的滋養(yǎng)細(xì)胞，peri-gastruloids無(wú)法存活，這有助于減輕這項(xiàng)研究的倫理?yè)?dān)憂。該項(xiàng)目遵循國(guó)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(huì)的批準(zhǔn)。

這項(xiàng)工作得到了紐約干細(xì)胞基金會(huì)和美國(guó)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