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由小鼠干细胞产生的可植入的3D胚泡样胚胎结构

来自日本RIKEN生物系统动力学研究中心(BDR)和美国Gladstone研究所的研究人员的国际合作已经从干细胞中产生了3D胚泡样结构。该研究发表在干细胞报告杂志上,研究表明胚泡样结构与实际囊胚非常相似,甚至在假孕小鼠植入后也会引起子宫的正常变化。

卵子受精后,它开始分裂并经过几个阶段。双细胞阶段的细胞是全能的 - 它们可以成为任何类型的细胞。经过更多细胞分裂后,胚胎变成胚囊,植入子宫,在胚胎中分化并生长成胎儿。胚泡就像一个几乎空心的球。里面是多能细胞 - 细胞可以成为体内任何类型的细胞,但不是胎盘 - 而外壳是由滋养细胞制成的 - 最终形成胎盘的细胞。

几年来,科学家们已经能够将体细胞 - 如皮肤细胞 - 转化为多能细胞。然而,没有人能够将分化细胞转化为全能细胞。在Gladstone早期的一项研究中,作者Cody Kime和Kiichiro Tomoda能够将多能小鼠细胞从植入状态转变为植入前状态。在这样做时,他们注意到看起来像早期胚胎囊胚的结构。正如Kime所解释的那样,“七年多以前,我们的重编程实验表明,我们已经找到了一种方法来增加细胞效力,超出多能性,这是不可能的,以前没有见过。而不是丢弃我们发现的,因为它不是我们的主要目标,我们决定找出它是否真实。“

在新的报告中,该团队已经改进了他们的重编程技术,以产生更类似真实胚胎的胚胎样结构。根据Kime的说法,“也许我们最重要的发现是,在早期小鼠胚胎中发现的天然分子可以重新编程培养的细胞,使其在功能上与早期胚胎相似。”经过七天的转化处理后,新工艺可以产生5-30个漂浮的自组装胚泡样结构。

当他们在成熟为胚泡样结构前几天检查小簇细胞时,他们发现细胞含有双细胞胚胎中发现的全能性基因表达。将胚泡样结构与其前体进行比较的进一步测试表明,成熟结构中的细胞紧密结合 - 胚泡形成和极化的标志,这是称为压实的过程的结果。前体内的细胞在压实前的早期阶段类似于胚胎,这是前体簇可能包括全能细胞的良好证据。

接下来,该小组研究了它们的胚泡样结构在遗传和功能上与实际囊胚的相似程度。他们发现许多与胚泡外/内细胞命运有关的基因存在于诱导结构中,但低于自然水平,表明新技术不能完美再生胚泡。然而,当移植到伪怀孕小鼠的子宫时,胚泡样结构经常引起子宫的变化,这是成功的胚泡植入所必需的,包括母体血液供应的整合。植入的结构经常生长并产生许多类型的细胞,类似于早期发育的胚胎中天然存在的细胞。最终,胚胎被吸收,

“全能性是细胞效力的最高顺序:一个全能细胞可以形成胎盘和身体......一切,”Kime说。“如果我们的系统能够得到改善以完全达到该状态,我们将能够改进胚胎发育和生育能力领域的基础研究,以及再生医学的基础和临床研究。”

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