在实验室培养的3D猴子胚胎提供了对早期发育的独特见解

导读 中国昆明科技大学灵长类动物生物医学研究国家重点实验室的两份新报告基于之前为细胞培养中灵长类动物胚胎的扩展研究创建平台的努力,提出了

中国昆明科技大学灵长类动物生物医学研究国家重点实验室的两份新报告基于之前为细胞培养中灵长类动物胚胎的扩展研究创建平台的努力,提出了一种三维悬浮结构,允许为了更正常的发育和胚胎发生的详细观察。这些报告发表在Cell上。

第一篇论文“从3D囊胚培养中获得的食蟹猴胚胎的神经形成”描述了非人类模型中的妊娠神经发育研究。该论文详细介绍了一种实验室培养系统,该系统使研究人员能够在受精后第25天将猴子胚胎细胞从囊胚阶段培养到神经胚阶段。然后,研究人员使用该模型来研究神经管发育。

神经管缺陷(NTD)是全球常见的大脑、脊柱或脊髓出生缺陷,出现在怀孕第一个月内的胎儿身上。NTD与叶酸(叶酸)缺乏密切相关,这就是为什么通常建议在怀孕前和怀孕期间补充叶酸的原因。

虽然相关关系是已知的,但主要由于禁止人类胚胎研究和可用模型系统的限制,神经形成机制仍然隐藏。许多可以用人类胚胎组织研究的发育阶段和病理都是如此。

研究人员使用猕猴胚胎,建立了三维延长体外培养(pIVC)系统,以研究受精后7至25天的胚胎发育。

通过单细胞多组学分析,该研究表明pIVC胚胎形成三个胚层,包括原始生殖细胞,并通过高级原肠胚形成阶段建立适当的DNA甲基化和染色质可及性。此外,免疫荧光证实了神经嵴形成、神经管闭合和神经祖细胞区域化。

这些pIVC胚胎的转录谱和形态遗传学类似于体内阶段相似的猕猴和人类胚胎的关键特征。借助这种非人类灵长类动物模型,研究人员可以通过高级原肠胚形成和早期神经形成进一步研究胚胎发生中NTD的作用机制,并将其他研究目标应用于模型系统。

在第二篇论文“从囊胚到早期器官发生的子宫外猴胚胎发生”中,昆明大学的研究人员使用相同的基于实验室的培养平台来追踪怀孕第三周和第四周的其他发育里程碑,最终形成外胚层,中胚层、内胚层及各种器官的初始形成。

以前的胚胎组织非三维培养无法实现早期器官发生,因为细胞结构一旦开始形成就会崩溃。这组作者说,“子宫外猴子胚胎发生提供了一个易于访问、易处理和可扰动的平台,用于剖析灵长类动物原肠胚形成阶段以外的关键发育事件。”

第二项研究的研究人员将嵌入式3D培养系统称为EnhancedMonkeyExUteroCulture(EMEUC)系统。该系统使用Geltrex和Matrigel提供机械支持,并使用葡萄糖作为额外的能量供应。这些优化有助于在延长培养过程中保持猴子胚胎的结构完整性,并允许组织形成与体内形成相比的大部分预期特征。

下一步将是在模型中添加搅动运动,看看它们是否可以通过更好地模拟自然环境来进一步改善发育阶段的形成。

14天规则

目前对人类胚胎的研究仅限于前14天或更短时间,具体取决于发育状态。具体的法律和法规语言可能会有所不同(原肠形成、原始条纹的形成、连续14天),具体取决于研究发生的地点,尽管它们都达到相同的限制。

研究中使用的方法为研究人员提供了一种潜在的解决方法,可以通过灵长类动物胚胎发生平台研究人类发育。将有可能跟踪发育后期胚胎细胞的运动、组织和谱系,这可能对人类胚胎发生有足够的保护作用,可以作为研究代理。

当前论文的综合意义是一种基于实验室的解决方法,它可能是目前可用于研究早期胚胎发育的最佳非人类灵长类动物模拟模型,以及一个准备好在未来对人类胚胎进行更多研究的平台。效率,特别是如果14天规则被重新考虑或替换为更有利于解决发育病理学奥秘的规则。