Science：初次应用小鼠胚胎干细胞胜利构建出胚胎躯干样构造

2020年12月16日讯/BIOON/---在一项新的研讨中，来自德国马克斯-普朗克分子学研讨所等研讨机构的研讨人员在一种特别凝胶中培育小鼠胚胎，胜利地制作出一种称为胚胎躯干样构造（embryonic trunk-like structure, TLS）的构造。这些TLS构造能在五天内从细胞团块中发育入迷经、骨骼、软骨和肌肉组织的前体。这可以让我们在将来更无效地探求药物的后果，并且这种研讨的范围是在活体生物体内无法完成的。相干研讨成果揭橥在2020年12月11日的Science期刊上，论文题目为“Mouse embryonic stem cells self-organize into trunk-like structures with neural tube and somites”。

图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.aba4937。

固然鱼类、两栖植物或鸟类的胚胎很轻易被不雅察到，然则一旦胚胎植入子宫，哺乳植物的发育就不轻易不雅察。这恰是胚胎在外形上产生深入变更并发育出各类器官前体的时分，这是一个高度庞杂的进程，留下了很多未解的成绩。

现在，这项研讨人员初次胜利天时用小鼠胚胎培育出胚胎躯干的焦点部门，从而再现了胚胎发育的一个焦点阶段。该办法再现了培育皿中胚胎发育的晚期外形生成进程。

这些TLS构造年夜约有一毫米年夜小，并拥有神经管，脊髓将从神经管中发育。此外，它们还有体节（somite），这些体节是骨骼、软骨和肌肉的前体。有些TLS构造甚至发育出肠道等外脏器官的前体。年夜约五天后，与正常发育的类似之处就停止了。

论文配合通信作者、马克斯-普朗克分子学研讨所主任Bernhard G. Herrmann说，“这种胚胎发育模子开启了一个新的时期。这使我们可以直接、持续地不雅察小鼠的胚胎产生，而且有年夜量平行的样本--这在植物身上是弗成能做到的。”

人们以为，将晚期胚胎从子宫平分离出来，并在培育皿中培育它们是相当轻易的，只需它们还能自在挪动。然则，一旦胚胎被植入子宫内膜，别离就变得极端艰苦。

论文配合通信作者、马克斯-普朗克分子学研讨所主任Alexander Meissner说，“我们可以更快地取得更具体的成果，并且不须要停止植物研讨。关于更庞杂的进程，如形状产生，我们平日只能获得快照---但这种情形跟着我们的模子而改动。”

凝胶供给支撑和空间定位

到今朝为止，只能应用胚胎培育出称为类原肠胚（gastruloids）的细胞团。论文配合第一作者Jesse Veenvliet说，“类原肠胚中的细胞组装体发育到相似于我们的胚胎TLS构造的水平，但它们并不具有胚胎的典范外不雅。这些细胞团缺少触发它们停止有意义的陈列的旌旗灯号。”

在细胞培育进程中，所需的旌旗灯号是由一种模仿细胞外基质特征的特别凝胶发生的。这种果冻状的物资由细胞排泄的延长卵白分子的庞杂混杂物构成，作为一种弹性填充资料存在于全身，尤其是在结缔组织中。对这种凝胶的应用是这种新办法的症结“窍门”。

Veenvliet说，“这种凝胶为培育的细胞供给支撑，并使它们在空间中定向，例如，它们可以区分外部和内部。”它还可以避免基质卵白纤连卵白（fibronectin）等排泄分子渗入细胞培育基中。“这些细胞可以树立更好的沟通，从而完成更好的自我组装。”

细胞具有与胚胎中相似的特征

在4到5天后，这些研讨人员将这些TLS构造消融成单细胞，并对它们停止独自剖析。论文配合第一作者Adriano Bolondi说，“虽然并非一切的细胞类型都存在于TLS构造中，但它们与同龄的胚胎惊人地类似。”与家Helene Kretzmer一路，Bolondi和Veenvliet将这些TLS构造的活性与实践的小鼠胚胎停止了比拟。Bolondi说，“我们发明，一切需要的标志基因都在准确的工夫在胚胎的准确地位被激活，只要多数基因是不正常的。”

这些研讨人员在他们的模子中引入了一种具有已知发育效应的渐变，而且可以从“真实”的胚胎中重现成果，从而进一步验证了他们的模子。他们还供给了用化学制剂把持发育进程的例子。（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

1.Jesse V. Veenvliet et al. . Science, 2020, doi:10.1126/science.aba4937.

2.Embryonic development in a petri dish: 3-D cell culturing technique could replace mouse embryos

https://phys.org/news/2020-12-embryonic-petri-dish-d-cell.html