精子遇到卵子后的前幾周仍然存在許多謎團(tuán)。其中：導(dǎo)致過程失敗的原因，導(dǎo)致許多不孕癥。盡管這個(gè)關(guān)鍵階段非常重要，但科學(xué)家們還沒有很好的方法來探索新形成的細(xì)胞球植入人體子宮壁之后可能出現(xiàn)的問題，甚至是什么必須正確的問題。但使用人類干細(xì)胞的新成就可能有助于改變這一點(diǎn)。微小的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)結(jié)構(gòu)可以讓研究人員有機(jī)會(huì)看到他們以前無法做到的事情，同時(shí)避免與研究實(shí)際胚胎相關(guān)的倫理問題。

密歇根大學(xué)的一個(gè)研究小組在Nature Communications報(bào)道說，他們哄騙多能人類干細(xì)胞在特殊設(shè)計(jì)的表面上生長成類似于人類發(fā)育早期方面的結(jié)構(gòu)，稱為羊膜囊。

這些細(xì)胞在天然羊膜囊中自發(fā)形成一些相同的結(jié)構(gòu)和分子特征，天然羊膜囊是一種不對(duì)稱的空心球狀結(jié)構(gòu)，含有細(xì)胞，可以產(chǎn)生胎盤的一部分以及胚胎本身。但是在UM生長的結(jié)構(gòu)缺乏早期胚胎的其他關(guān)鍵組成部分，因此它們不能發(fā)育成胎兒。

這是一個(gè)團(tuán)隊(duì)第一次從干細(xì)胞開始建立這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，而不是像其他一些團(tuán)隊(duì)那樣哄騙捐贈(zèng)的胚胎進(jìn)行成長。

“多達(dá)一半的懷孕在受精后的前兩周結(jié)束，通常在女性意識(shí)到自己懷孕之前就已經(jīng)結(jié)束。對(duì)于一些夫婦來說，長期無法通過這些關(guān)鍵的早期發(fā)育步驟，但我們沒有以前有一個(gè)模型可以讓我們探究原因，“聯(lián)合資深作家Deborah Gumucio博士說。“我們希望這項(xiàng)工作能讓許多科學(xué)家更深入地了解正常和異常發(fā)育所涉及的途徑，這樣我們才能理解地球上最迷人的生物學(xué)。” Gumucio是密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)的恩格爾大學(xué)教授，這是密歇根大學(xué)的學(xué)術(shù)醫(yī)學(xué)中心。

穩(wěn)定的PASE

研究人員將新結(jié)構(gòu)稱為植入后羊膜囊胚胎或PASE。他們描述了PASE如何發(fā)展成一個(gè)空心球形結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)不同的半部分，即使細(xì)胞分裂也能保持穩(wěn)定。

一半由細(xì)胞構(gòu)成，將成為羊膜外胚層，另一半由多能外胚層細(xì)胞組成，其在自然界中構(gòu)成胚盤。中空中心類似于羊膜腔 - 在正常發(fā)育過程中最終產(chǎn)生充滿液體的囊，在發(fā)育過程中保護(hù)和緩沖胎兒。

Gumucio把一個(gè)PASE比作一個(gè)不匹配的塑料復(fù)活節(jié)彩蛋或一個(gè)藍(lán)色和紅色的神奇寶貝球 - 兩個(gè)明顯分開的兩種細(xì)胞，在一個(gè)空心中心周圍保持穩(wěn)定的形狀。

該團(tuán)隊(duì)還報(bào)告了在PASE發(fā)展過程中被激活的基因的詳細(xì)信息，以及PASE中的細(xì)胞相互發(fā)送并傳播到鄰近組織的信號(hào)。他們表明穩(wěn)定的兩分之一的PASE 結(jié)構(gòu)依賴于一種稱為BMP-SMAD的信號(hào)通路，這種通路已知對(duì)胚胎發(fā)育至關(guān)重要。

Gumucio指出，PASE結(jié)構(gòu)甚至表現(xiàn)出引發(fā)“原始條紋”的最早跡象，盡管它沒有完全發(fā)展。在人類胚胎中，條紋將開始稱為原腸胚形成的過程。這是將新細(xì)胞分為三個(gè)細(xì)胞層 - 內(nèi)胚層，中胚層和外胚層 - 這些都是產(chǎn)生體內(nèi)所有器官和組織所必需的。

協(xié)作提供了火花

這項(xiàng)新研究直接來自Gumucio實(shí)驗(yàn)室與其他資深作者UM機(jī)械工程副教授Jianping Fu博士之前的合作。

在之前的工作中，據(jù)Nature Materials報(bào)道，該團(tuán)隊(duì)成功地將干細(xì)胞球植入Fu的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的特殊表面，類似于簡化的子宮壁。他們表明，一旦細(xì)胞附著在這個(gè)基質(zhì)上，它們就會(huì)開始分化成完全由羊膜組成的空心囊腫 - 羊膜是一種堅(jiān)韌的胚胎外組織，可以容納羊水。

但是，F(xiàn)u's實(shí)驗(yàn)室研究生Yu Shao博士的共同作者和Gumucio實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Ken Taniguchi對(duì)這些囊腫的進(jìn)一步分析顯示，這些囊腫的一小部分是穩(wěn)定不對(duì)稱，看起來像早期的人類或猴子羊膜囊。

研究小組發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)也可以從誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)中獲得，這些細(xì)胞來源于人類皮膚并在實(shí)驗(yàn)室中生長，條件使它們能夠成為任何類型的細(xì)胞，類似于胚胎干細(xì)胞的行為。這為將來使用由經(jīng)歷慢性不育的夫婦捐贈(zèng)的皮膚細(xì)胞打開了大門，這些夫婦可以長成iPSC，并使用團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的方法測(cè)試其形成適當(dāng)?shù)难蚰つ业哪芰Α?/p>

重要說明和后續(xù)步驟

除了與遺傳和不孕癥專家合作，深入研究與人類不孕癥有關(guān)的PASE生物學(xué)，該團(tuán)隊(duì)還希望探索羊膜組織的其他特征。

例如，羊膜組織的早期破裂可能危及胎兒或?qū)е铝鳟a(chǎn)。該團(tuán)隊(duì)還打算研究人羊膜形成的哪些方面也發(fā)生在小鼠羊膜的發(fā)育中。小鼠胚胎模型作為用于研究人類遺傳疾病的體內(nèi)模型非常有吸引力。

該小組的工作由一個(gè)小組監(jiān)督，該小組負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)UM在多能干細(xì)胞方面所做的所有工作，并根據(jù)有關(guān)人類干細(xì)胞研究的法律進(jìn)行研究。在細(xì)胞球有效達(dá)到14個(gè)發(fā)育日之前，該團(tuán)隊(duì)結(jié)束了實(shí)驗(yàn)，截止日期用作胚胎研究的國際限制 - 即使工作涉及不能形成胚胎的組織。一些干細(xì)胞系來源于UM私人資助的人胚胎干細(xì)胞 MStem細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室和UM多能干細(xì)胞核心。