中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所/北京干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究院研究人員和美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員,建立了一個(gè)可支持食蟹猴胚胎體外發(fā)育至受精后25天的3D長(zhǎng)時(shí)程培養(yǎng)體系(pIVC),并基于該體系探究了靈長(zhǎng)類胚胎中晚期原腸運(yùn)動(dòng)和早期神經(jīng)發(fā)育過程中的核心事件和譜系特征。相關(guān)研究5月11日以封面文章形式在線發(fā)表于《細(xì)胞》。
出生缺陷是嬰兒死亡的首位原因,與早期胚胎發(fā)育異常密切相關(guān)。胚胎體外培養(yǎng)技術(shù)是可視化研究胚胎發(fā)育過程的有力工具。科學(xué)家一直致力于搭建非人靈長(zhǎng)類胚胎體外培養(yǎng)體系。1995年,澳大利亞科學(xué)家將絨猴的囊胚體外培養(yǎng)至胚胎期11天;2019年,王紅梅團(tuán)隊(duì)及國(guó)內(nèi)外同行將食蟹猴胚胎體外培養(yǎng)至胚胎期20天。但要探究靈長(zhǎng)類胚胎中晚期原腸運(yùn)動(dòng)和早期神經(jīng)胚發(fā)育,還需要進(jìn)一步延長(zhǎng)食蟹猴胚胎的體外發(fā)育歷程。
在該研究中,研究人員首先比較了2D與3D培養(yǎng)體系,發(fā)現(xiàn)2D和3D培養(yǎng)體系都能支持胚胎發(fā)育到第20天。在2D體系下,胚胎由于胚外組織發(fā)育旺盛而迅速增大,但內(nèi)部的胚體發(fā)育并不好;而在3D體系下,胚胎的胚外組織生長(zhǎng)受限,但胚體結(jié)構(gòu)顯著發(fā)育。為了保證胚體發(fā)育,研究人員繼續(xù)優(yōu)化3D體系,并建立了pIVC,該體系能支持33.7%的食蟹猴胚胎發(fā)育到胚胎期25天。
進(jìn)一步研究表明,與相同發(fā)育階段的體內(nèi)正常胚胎相比,pIVC胚胎的分子表達(dá)特征與正常胚胎相似,表明pIVC胚胎可重現(xiàn)原腸運(yùn)動(dòng)中晚期階段中胚層和內(nèi)胚層的發(fā)育。
最后研究者對(duì)9個(gè)pIVC胚胎單細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組、DNA甲基化和染色質(zhì)可及性進(jìn)行測(cè)序和分析。結(jié)果表明,與該團(tuán)隊(duì)2022年在《自然》報(bào)道的相同發(fā)育階段的食蟹猴胚胎單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)相比,pIVC胚胎可重現(xiàn)體內(nèi)正常胚胎的轉(zhuǎn)錄組特征,并且各種細(xì)胞類型的基因均發(fā)生了甲基化,胚胎組織的DNA甲基化水平高于胚外組織,與已報(bào)道的小鼠和人類胚胎特征相似。
該研究進(jìn)一步填補(bǔ)了靈長(zhǎng)類胚胎中晚期原腸運(yùn)動(dòng)至早期器官發(fā)育階段的領(lǐng)域空白,為靈長(zhǎng)類胚胎體外培養(yǎng)和基于干細(xì)胞構(gòu)建的“類胚胎”體外培養(yǎng)提供了參考體系,為深入了解人類早期胚胎發(fā)育機(jī)制、開展早期胚胎發(fā)育異常相關(guān)疾病的病理研究提供了技術(shù)平臺(tái)。
相關(guān)論文信息:
https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.04.019
(來源:中國(guó)科學(xué)報(bào)2023-05-16第1版要聞、光明日?qǐng)?bào)2023年05月15日08版、中國(guó)青年報(bào)客戶端2023-05-13、中國(guó)新聞網(wǎng)2023年05月11日、科技日?qǐng)?bào)、央視新聞?lì)l道、北京網(wǎng)絡(luò)廣播電視臺(tái)、中國(guó)日?qǐng)?bào)、新華社、健康報(bào)、經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào))