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新研究显示人类胚胎发育中的分子,细胞过程

2019-05-07 10:51:11 医疗快讯68℃

  新研究显示人类胚胎发育中的分子,细胞过程

  2016年5月5日

  尽管近几十年来生物医学取得了重大进展,但最早的人类发展事件 - 即在受精后的关键窗口期间发生的事件 - 至今仍然是一个不可观察的谜团。

  洛克菲勒大学科学家的新研究首次表明,人类发育过程中的分子和细胞过程在受精后第14天发生。 5月4日在Nature上发表,突破系统是第一个在子宫外的实验环境中成功复制植入过程的系统。这项新技术极大地扩展了回答有关我们自身发展的基本问题的能力,以及了解早期妊娠损失的能力。

  植入是人类发展的关键一步。在受精后不久发生,植入是一个过程,通过这个过程,称为胚泡的小的空心细胞球附着在子宫上,使胚胎开始成形。

  “这部分人类发展是一个完整的黑匣子,”他是Robert Brivanlou,Robert和Harriet Heilbrunn教授,干细胞生物学和分子胚胎学实验室主任。为了揭开这个盒子的光芒,研究人员克服了几个关键问题:他们用恰当的化学环境包围了胚泡,并提供了一个合适的脚手架来附着。

  剑桥大学的共同作者Magdalena Zernicka-Goetz及其同事之前的研究建立了一种类似的方法,使用小鼠胚泡,经过多次尝试确定正确的因子组合。这促使Brivanlou及其同事,包括研究伙伴Alessia Deglincerti和Gist Croft,研究专家Lauren Pietila,以及洛克菲勒科学家Eric Siggia,Viola Ward Brinning和Elbert Calhoun Brinning教授以及理论凝聚态物理实验室负责人,对该技术进行了调整。并为人类胚胎创造一种附着文化。

  “通过这种结合小鼠胚胎学,人类胚胎学和物理学的国际和多学科合作,我们能够创建一个系统,恰当地概括了人类植入过程中发生的事情,” Deglincerti说。小鼠和人类发育之间的一个已知差异是胚泡在植入时的形状 - 它在小鼠中是长圆形的,但在人类中形状像圆盘。 “我们实际上复制了磁盘,” Deglincerti说。

  人的变化

  一旦系统到位,研究人员确定胚胎显示出正常发育特征的标志,包括受精后12天早期胚胎发育过程中发生的关键事件的时间。第一次在这个细节上看到这个发展阶段也发现了一些惊喜。

  首先,团队在人类中的观察与之前的小鼠实验结果之间存在意想不到的差异。 “通过这项工作,我们可以真正体会到人类和老鼠之间以及所有哺乳动物之间的差异”。 Brivanlou说。 “由于物种之间的差异,我们在模型系统中学到的东西并不一定与我们自己的发展相关,而这些结果提供了我们无法在其他地方学到的重要信息。”

  同样出人意料的是他们观察到的一种被称为自组织的现象。简单来说,自组织是指系统的某些部分在没有任何外部影响的情况下进行排序,并且可以在生命和非生命系统中看到它。一个例子是形成雪花,其中独立的水分子以对称的形状聚集在一起并且没有外力地形成。在更大范围内,自组织是星系和宇宙形成的一个因素。

  相关故事研究显示动物如何记住和定位食物来源抗抑郁药物可以拯救人们免于致命的败血症,研究表明,他们发布了用于植入物设计和患者特异性计划的新软件“我们已经看到在小鼠胚胎中使用该系统进行自组织,以及人类胚胎干细胞,但我们没有预料到我们会在整个人类胚胎的背景下看到自我组织,“ Brivanlou说。 “令人惊讶的是,至少在前12天,在完全没有母体输入的情况下,我们的系统正常发生发育。”

  科学家最初假设植入诱导分子串扰发育所必需。他们仍然相信这种对话会发生,但他们的研究结果表明,直到第12天才需要这样做。

  对不孕症及其他方面的影响

  除了对这一过程的分子细节的深入了解外,Brivanlou及其同事的研究结果还有一些临床意义。在不久的将来,研究植入培养的能力可能会揭示为什么一些早期流产发生以及为什么体外受精具有高失败率。

  从长远来看,这项工作可以促进人类胚胎干细胞治疗各种疾病。 “为了使这种方法有效,我们必须了解这些细胞的来源,以及它们在分子水平上做出和即将做出的决定”,克罗夫特说。 “只有具备这些知识,特别是来自人类细胞的知识,我们才能控制它们成为对药物筛选或移植有用的细胞类型的能力。”

  也许最重要的是,这种新方法为人类发展最早阶段发生的分子事件打开了大门,这是前所未有的研究之门。

  “我们将退回到第一天并系统地前进,” Brivanlou说。 “我们希望获得完整的分子标记,然后继续讨论这些细胞如何相互通信以确定它们应该成为什么样的细胞类型。在这个阶段还有很多东西需要研究,我们期待更多地了解人类发展的这一重要步骤。

   “

  胚胎伦理学

  根据国际公认的生物伦理指南,该组的实验在受精后第14天结束,甚至在观察到神经系统发育的最早迹象之前。

  然而,伴随的自然评论表明,目前的14天限制应该重新评估。洛克菲勒的艾米威尔克森,对应作者凯斯西储大学医学院的Insoo Hyun和黑斯廷斯中心的约瑟芬约翰斯顿认为,理解该指南如何适用于不同司法管辖区的不同类型的胚胎研究并重新评估其至关重要。利弊。

  “现在已经有可能将人类胚胎培养到14天的限制,甚至可能超出,现在是时候让科学界教育公众了解潜在的益处,并与监管机构就道德共识来指导这一重要研究,"洛克菲勒研究支持副主席威尔克森说。

  虽然Brivanlou计划在近期更加专注于更深入地了解初始植入,但评论作者建议以一种既支持研究又能适应不同道德问题的方式重新审视14天规则,可以让科学家们对早期的其他方面进行建模。人类发展,并可能揭示导致早期妊娠丢失和出生缺陷的疾病。

  资料来源:洛克菲勒大学

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