不需精卵结合!小鼠干细胞生成胚胎有发育成任何器官潜力

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在正常的生命起源过程中,受精卵需要透过精子与卵子结合、受精卵才能发育成为胚胎。近期剑桥大学(University of Cambridge)生理学与神经发育学系团队突破性利用小鼠干细胞培养出小鼠胚胎,形成了大脑、跳动的心脏、以及其他器官的发育基础,意味着将来有可能不必经由精卵结合,就能借助合成胚胎模型生成体内任何类型细胞。研究成果发布于 Nature 期刊。

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参与胚胎发育的干细胞角色

人体胚胎若要成功发育,需要历经在母亲体内顺利着床,而在受精约一周内,有三类胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESC)会影响胚胎发育顺利与否。其中一类会最终形成胎儿身体组织,另外两类则和支持胚胎发育的环境有关:一类胚胎外干细胞成为胎盘,成为胎儿与母亲联系病提供氧气与养分的桥梁,另一类是成为卵黄囊(yolk sac),提供早期胚胎发育的养分来源。

当这三类干细胞功能异常或者传递的化学讯号相互干扰,会造成着床失败,许多妊娠风险的症状也与这些讯号传递不正常有关。

不需要精卵结合的小鼠胚胎模型

剑桥大学研究团队模拟早期哺乳动物发育中的三种干细胞作用,将小鼠取出的干细胞,诱导 Pax6  基因表达,建立三类体外培养的胚胎干细胞能互相作用的环境后能成功形成胚胎。

胚胎大脑与心脏构造(上图为自然小鼠胚胎,下方为实验室诱导生成)
图片来源/ https://www.cam.ac.uk/stories/model-embryo-from-stem-cells

特别值得注意的是,该体外发育的小鼠胚胎具备生长出大脑的能力,尤其前脑构造相当完整。团队也反向借由剔除基因试验,确认了对神经管、神经系统及大脑发育至关重要的基因,将来能衍伸应用至脑功能缺陷的研究标的。

胚胎发育在母体中如何进行向来相当未知,在越来越了解复杂的胚胎发育分子机制后,对于着床怀孕、甚至合成的器官修复开发都有应用空间。研究团队表示除了小鼠模型,他们未来也会尝试建立人体的胚胎模型,期望能帮助解决器官移植需求。

延伸阅读:单细胞定序也能分析表观遗传调控,揭开早期胚胎细胞如何分化

参考资料:
1. https://www.cam.ac.uk/stories/model-embryo-from-stem-cells
2. Nature, 2022; https://www.nature.com/articles/s41586-022-05246-3

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