圖片來源：《細胞》網(wǎng)站
中新網(wǎng)北京5月11日電 (記者 孫自法)中國科學家領銜完成的一項最新研究——成功建立可支持食蟹猴胚胎體外發(fā)育至受精后第25天的3D長時程培養(yǎng)體系，揭示靈長類早期神經(jīng)胚發(fā)育特征，在已有研究基礎上進一步填補了靈長類胚胎中晚期原腸運動至早期器官發(fā)育階段的領域空白。
這項靈長類胚胎發(fā)育領域重要突破進展的論文，由中國科學院動物研究所(中科院動物所)/北京干細胞與再生醫(yī)學研究院王紅梅、郭帆、李偉研究員聯(lián)合美國賓夕法尼亞大學尼古拉斯·普拉切塔(Nicolas Plachta)教授合作完成。中科院動物所副研究員翟晶磊、助理研究員萬海峰和博士生徐艷紅、燕蕊、郭敬以及美國賓夕法尼亞大學博士后羅賓·斯科里(Robin Skory)為論文共同第一作者。論文于北京時間5月11日夜間在國際著名學術期刊《細胞》(Cell)以封面形式在線發(fā)表。
研究團隊指出，出生缺陷的發(fā)生與早期胚胎發(fā)育異常直接相關。因此研究早期胚胎發(fā)育過程、探究發(fā)育機理，是揭示病理性胚胎發(fā)生機制、提升相關疾病診療效率，進而從根源上提高人民健康水平的重要前提。但人類早期胚胎極難獲取，科學家們無法直接探究人類胚胎發(fā)育過程和機理。胚胎體外培養(yǎng)技術是可視化研究胚胎發(fā)育過程的有力工具。借助人類胚胎體外培養(yǎng)技術，胚胎期第14天之前的發(fā)育事件已被初步揭示。然而，由于科研倫理限制，人類胚胎研究遵循“14天原則”，即人類胚胎體外研究必須在第14天終止，故體外培養(yǎng)的人類胚胎不能被用于研究胚胎期第14天之后發(fā)生的原腸運動和早期神經(jīng)胚發(fā)育等事件。
非人靈長類與人類在進化上和發(fā)育生物學特征上高度相似，所以搭建非人靈長類胚胎體外培養(yǎng)體系至關重要，借此揭示靈長類胚胎發(fā)育特征，可極大提升科學家們對包括人類在內的靈長類早期胚胎發(fā)育及相關疾病的認識。
2019年，王紅梅研究員團隊聯(lián)合中外同行已將食蟹猴胚胎體外培養(yǎng)至胚胎期第20天，探究了靈長類早期原腸運動特征。本次研究在之前基礎上再獲突破，把食蟹猴胚胎體外培養(yǎng)至胚胎期第25天，并命名為3D長時程培養(yǎng)體系(pIVC)。
利用該體系，研究團隊進一步探究靈長類早期神經(jīng)胚發(fā)育過程。研究者對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育關鍵調控因子進行鑒定，發(fā)現(xiàn)pIVC胚胎的神經(jīng)管形態(tài)和多種分子表達特征與體內相同發(fā)育階段的胚胎相似。伴隨神經(jīng)外胚層的發(fā)育，pIVC胚胎的表皮和神經(jīng)板邊緣的發(fā)育同步進行，同時pIVC胚胎可重現(xiàn)神經(jīng)管沿背腹軸區(qū)域化發(fā)育的模式，并分化出早期運動神經(jīng)元祖細胞。
除外胚層和神經(jīng)管發(fā)育外，研究團隊還檢測了pIVC胚胎中原始生殖細胞和中、內胚層的發(fā)育特征。結果提示與相同發(fā)育階段的體內正常胚胎相比，pIVC胚胎的分子表達特征與正常胚胎相似，表明前者可重現(xiàn)原腸運動中晚期階段中胚層和內胚層的發(fā)育。
研究團隊還利用單細胞多組學測序技術，對9個pIVC胚胎的單細胞的轉錄組和DNA甲基化和染色質可及性進行測序和分析。結果提示，各種細胞類型的基因均發(fā)生了甲基化，且胚胎組織的DNA甲基化水平(約75%)高于胚外組織(約50%)，與已報道的小鼠和人類胚胎特征相似。
研究團隊總結認為，他們這次的最新研究成果，既為靈長類胚胎體外培養(yǎng)和基于干細胞構建的“類胚胎”的體外培養(yǎng)提供參考體系，也為深入了解人類早期胚胎發(fā)育機制，以及早期胚胎發(fā)育異常相關疾病的病理研究等提供重要技術平臺。
（原標題：中國科學家領銜最新研究 進一步填補靈長類胚胎發(fā)育階段空白）
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