新研究，允許同時(shí)從胚胎和胚胎外組織中提取和共同培養(yǎng)干細(xì)胞

來(lái)自昆明理工大學(xué)靈譚韜、季維智團(tuán)隊(duì)，與美國(guó)得克薩斯州西南醫(yī)學(xué)中心吳軍、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)魏育蕾、中科院動(dòng)物所于樂謙合作，在CELL雜志發(fā)文，提出了一種新的培養(yǎng)系統(tǒng)，可以培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞和胚外干細(xì)胞，可能為先天性畸形和早期發(fā)育障礙的成因提供重要的見解。

這項(xiàng)研究指出在同一種培養(yǎng)體系下可以建立小鼠和食蟹猴囊胚來(lái)源的ESCs、XENs和TSCs細(xì)胞系，通過干細(xì)胞共培養(yǎng)方式構(gòu)建囊胚時(shí)期細(xì)胞互作環(huán)境，闡明了囊胚時(shí)期胚胎組織和胚外組織之間的相互作用及其調(diào)控機(jī)制。該研究不僅為胚胎和胚胎外組織之間互作機(jī)制解析提供了新的范式，也有助于深入理解早期胚胎發(fā)育的復(fù)雜調(diào)控模式。

“這些發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著通過開發(fā)統(tǒng)一的干細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，在干細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。這一新穎系統(tǒng)的使用不僅加深了我們對(duì)胚胎和胚外細(xì)胞在胚胎發(fā)生過程中相互作用的理解，還為創(chuàng)建更精確的胚胎發(fā)育模型和改進(jìn)干細(xì)胞分化方案奠定了基礎(chǔ)，”西南醫(yī)學(xué)中心吳軍博士說(shuō)。

除了概述胚胎干細(xì)胞和胚胎外干細(xì)胞新的統(tǒng)一生長(zhǎng)條件外，該研究還:

揭示了不同胚胎和胚胎外細(xì)胞類型之間的關(guān)鍵相互作用，如胚胎外內(nèi)胚層細(xì)胞對(duì)多能細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制，并強(qiáng)調(diào)了胚胎發(fā)生過程中細(xì)胞間通訊的重要性。

確定在不同物種中參與調(diào)節(jié)胚外內(nèi)胚層干細(xì)胞的共同和獨(dú)特因素。

“這項(xiàng)干細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)研究有可能為先天性畸形和早期發(fā)育障礙的成因提供重要的見解。來(lái)自這項(xiàng)研究的見解為這種情況的潛在預(yù)防和治療策略奠定了基礎(chǔ)。”

文章一作魏育蕾教授說(shuō)，“總的來(lái)說(shuō)，體外模擬自然胚胎環(huán)境的能力可以大大推進(jìn)人類早期發(fā)育和疾病的研究，可能會(huì)帶來(lái)新的治療和預(yù)防策略”。

在這項(xiàng)研究中，研究人員首先采用激活FGF、TGF-β和WNT信號(hào)通路的方法成功從小鼠與食蟹猴囊胚中建立胚胎和胚外干細(xì)胞系 （FTW-ESCs，FTW-XEN和FTW-TSCs），并從克隆形態(tài)、免疫熒光、嵌合能力和轉(zhuǎn)錄組特征等多方面對(duì)小鼠與食蟹猴胚內(nèi)、胚外干細(xì)胞系進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。

基于這一培養(yǎng)體系，研究團(tuán)隊(duì)分別將小鼠和食蟹猴FTW-ESCs和其不同胚外干細(xì)胞（FTW-XENs, FTW-TSCs）進(jìn)行共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)FTW-ESCs增殖速度顯著降低，表明XENs對(duì)ESCs的具有物種保守性的生長(zhǎng)增殖有抑制作用。體內(nèi)畸胎瘤實(shí)驗(yàn)結(jié)果也發(fā)現(xiàn)和單獨(dú)注射小鼠FTW-ESCs形成的畸胎瘤相比，同時(shí)注射小鼠FTW-ESCs和FTW-XENs形成的畸胎瘤體積和重量明顯減小。進(jìn)一步地，研究人員通過剝除小鼠E6.5-6.75 天內(nèi)臟內(nèi)胚層（visceral endoderm, VE）24至48小時(shí)后發(fā)現(xiàn)，VE 剝離小鼠的EPI增值速度更快細(xì)胞且數(shù)量更多。通過在E2.5小鼠胚胎培養(yǎng)基中添加MEK/ERK抑制劑PD0325901抑制原始內(nèi)胚層（primitive endoderm, PrE）形成，發(fā)現(xiàn)抑制PrE的胚胎其EPI的細(xì)胞數(shù)量和對(duì)照組胚胎相比顯著增加，并且注射成系的FTW-XEN細(xì)胞后可以回復(fù)EPI細(xì)胞數(shù)量，進(jìn)一步證明了PrE細(xì)胞對(duì)EPI細(xì)胞的增殖調(diào)控。

在2021年發(fā)表在《細(xì)胞干細(xì)胞》(Cell Stem Cell)雜志上的一項(xiàng)研究中，吳軍實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一種培養(yǎng)方法，可以從小鼠和馬的囊胚中產(chǎn)生一種中間狀態(tài)的多能干細(xì)胞，也稱為formative。最新的研究發(fā)現(xiàn)，在相同的培養(yǎng)條件下，可以從小鼠和靈長(zhǎng)類動(dòng)物的囊胚中獲得胚胎干細(xì)胞和胚胎外干細(xì)胞，如滋養(yǎng)細(xì)胞干細(xì)胞和胚胎外內(nèi)胚層干細(xì)胞。

這項(xiàng)新研究進(jìn)一步推動(dòng)了利用基于干細(xì)胞的胚胎模型研究早期哺乳動(dòng)物發(fā)育中胚胎和胚胎外組織之間的相互作用。先前的工作已經(jīng)成功地開發(fā)了早期哺乳動(dòng)物胚胎的干細(xì)胞模型，包括小鼠、牛和人類囊胚樣結(jié)構(gòu)(稱為類囊胚)，以及類似于人類原腸胚周階段的結(jié)構(gòu)(稱為人類類原腸胚周)。

研究結(jié)果有可能影響各種疾病和病癥的研究和治療方法，特別是與以下有關(guān)的疾病和病癥:

發(fā)育障礙：了解胚胎和胚胎外組織之間的協(xié)調(diào)可以闡明在胚胎發(fā)生早期發(fā)生的先天性畸形和發(fā)育障礙。

胎盤異常：對(duì)滋養(yǎng)細(xì)胞干細(xì)胞在胎盤形成中的作用的深入了解可能會(huì)提高對(duì)胎盤功能障礙的理解，如先兆子癇或胎盤增生。

再生醫(yī)學(xué)：胚胎干細(xì)胞和胚胎外干細(xì)胞的共培養(yǎng)能力可以促進(jìn)組織工程和類器官的發(fā)展。這可能有利于需要組織再生的條件。

癌癥研究：由于一些癌癥涉及干細(xì)胞調(diào)控的共同信號(hào)通路，如FGF、TGF-β和WNT，本研究可能有助于了解腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。

生殖健康：該研究可能通過提高對(duì)早期胚胎發(fā)育和著床過程的理解，導(dǎo)致生育治療的進(jìn)步。

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