原腸胚形成：囊胚形成之后，胚胎細胞進一步遷移、分化形成具有內(nèi)、中、外三個胚層結(jié)構(gòu)的發(fā)育過程。為后繼的器官形成奠定基礎(chǔ)。在其形成過程中細胞運動類型大致有：外包、內(nèi)陷、內(nèi)卷、內(nèi)移、分層等。

原腸胚形成是胚胎從中空球體重新組織成多層結(jié)構(gòu)的過程，被認為是人類發(fā)育的“黑盒子”。這是因為出于生物倫理的考慮，人類胚胎的培養(yǎng)時間通常不會超過14天，而原腸胚形成發(fā)生在受精后的17至21天之間。此外，目前模擬原腸胚形成的干細胞模型還不能包括產(chǎn)生卵黃囊和胎盤所需的胚胎外組織。在7月20日發(fā)表在《細胞》(Cell)雜志上的一項研究中，研究人員報告了一種開發(fā)“peri-gastruloids”的新方法，這是一種類似胚胎的結(jié)構(gòu)，包括一種支持組織——卵黃囊，這在以前的模型中是缺失的。

德克薩斯大學西南醫(yī)學中心的干細胞生物學家、資深作者Jun Wu說:“雖然人類原胚形成和早期器官發(fā)生的非整合模型已經(jīng)從人類多能干細胞中發(fā)展出來，但這些模型缺乏在胚胎模式和形態(tài)發(fā)生中起重要作用的胚胎外細胞?！薄芭咛ズ团咛ネ饨M織的存在使研究人員能夠檢查原腸胚形成過程中外胚層、羊膜和卵黃囊之間的相互作用——這是以前在人類中無法實現(xiàn)的?！?/p>

研究人員的方法使用了擴增的多能干細胞(EPSCs)，而不是更常用的引物多能干細胞。這些細胞在小鼠體內(nèi)分化為胚胎組織和胚胎外組織。通過向人類EPSCs中添加適當?shù)纳L因子，它們分化為這兩種類型的組織。然后，這些細胞自我組織成類似于人類胚胎的結(jié)構(gòu)，研究人員將其稱為“peri-gastruloids”。

胚胎外組織釋放指導胚胎發(fā)育的化學信號，這使得這些類原腸腺周圍細胞能夠模擬幾個重要的過程，這些過程被認為是發(fā)育黑箱期的一部分。類原胃周圍發(fā)育為胚胎生長的羊膜腔和為胚胎提供血液供應(yīng)的卵黃囊腔。此外，類胃周圍顯示器官發(fā)生的早期跡象，如神經(jīng)發(fā)育，這標志著中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的開始。

研究小組報告說，他們的方法是有效的和可重復的。在他們認為是小規(guī)模的試驗中，他們能夠產(chǎn)生數(shù)百個類胃旁細胞。Wu說:“這個模型的強大之處在于它能夠在最小的外部干預下利用人類EPSCs的自組織能力?！?/p>

研究小組指出，由于排除了產(chǎn)生胎盤的滋養(yǎng)細胞，peri-gastruloids無法存活，這有助于減輕這項研究的倫理擔憂。該項目遵循國際干細胞研究指南，并得到西南大學干細胞監(jiān)督委員會的批準。

這項工作得到了紐約干細胞基金會和美國生殖醫(yī)學研究所的支持。

文獻參考:

Lizhong Liu, Seiya Oura, Zachary Markham, James N. Hamilton, Robin M. Skory, Leijie Li, Masahiro Sakurai, Lei Wang, Carlos A. Pinzon-Arteaga, Nicolas Plachta, Gary C. Hon, Jun Wu. Modeling post-implantation stages of human development into early organogenesis with stem-cell-derived peri-gastruloids. Cell, 2023; DOI: 10.1016/j.cell.2023.07.018