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Cell Research 华体会体育在人着床胚胎模型构建以及着床期胚胎的发育机制解析上取得重要进展

发布日期:2023-07-18 点击量:

人始于精卵结合形成的受精卵,受精卵经多次卵裂和卵裂球位置重排,在受精后6-7天形成囊胚。人囊胚是一个由约200个细胞组成的中空圆形结构,在胚胎第6-7天(E6-7)植入子宫壁,开始着床后发育。在囊胚后期,外面的滋养层细胞逐步产生胎盘,内部的内细胞团(ICM)分裂为下胚层(hypoblast),后者产生卵黄囊,上胚层(epiblast)分化为三个最终胚层,最终形成胎儿产生个体。随着囊胚在母体子宫着床,胚胎发育进入围着床阶段,上胚层和下胚层逐渐发育形成双胚盘、羊膜腔和卵黄囊的三维结构,并特化产生着床后上胚层、胚外内/中胚层、羊膜、原始生殖细胞和原条等多种细胞谱系。长期以来,由于围着床期胚胎位于母体子宫,且尺寸较小(数百微米),无法获得相关的材料开展研究,因此处于“黑匣子”状态。

在胚胎发育过程中,围着床阶段是决定胚胎能否正常发育的关键时期。据统计,临床上有60%左右的胚胎会在围着床阶段出现着床失败或妊娠丢失。此外,我国胎儿出生缺陷率为5.6%。着床失败、妊娠丢失和胎儿出生缺陷,与围着床胚胎的异常发育密切相关,但机制尚不清楚。一个重要的原因是我们缺乏对相关阶段胚胎发育机制的了解。因此,深入解析人围着床胚胎的发育机制,有助于理解胚胎发育与疾病发生的关系,从而为不孕不育(着床失败或妊娠丢失)和胎儿出生缺陷的诊疗提供重要基础。

2023年7月17日,华体会体育李天晴、艾宗勇和季维智带领的团队在国际知名期刊Cell Research在线发表题为Dissecting peri-implantation development using cultured human embryos and embryo-like assembloids的研究长文。

华体会体育李天晴教授、艾宗勇副教授和季维智院士为该研究的共同通讯作者。华体会体育艾宗勇副教授、牛宝华博士、尹宇副教授、附属医院云南省第一人民医院相立峰副主任技师以及硕士生施高慧为该研究的共同第一作者。

该研究首次绘制了人围着床胚胎的完整细胞图谱,并定义了不同细胞谱系及其这些谱系间的互作关系。在此基础上,为弥补使用人胚胎开展研究受到伦理、胚胎数量和技术限制的缺陷,研究人员利用人干细胞开发了一个新的人工合成胚胎,首次再现了人围着床胚胎的发育特征、三维结构(双胚盘、羊膜腔和卵黄囊)和细胞谱系(胚外内/中胚层、原始生殖细胞和原条)。该研究首次系统揭示了人围着床胚胎的发育动态、谱系特征、基因信号以及关键信号通路在不同谱系命运决定过程中的功能。该研究巨大地促进了我们对人围着床胚胎发育的理解。此外,人工合成胚胎为进一步探索人胚胎着床后的谱系特化、信号互作和组织模式提供了一个全新的模型,同时也为胚胎异常发育进行药物研发和毒理测试提供了一个全新的平台。

这项研究为深入理解女性不育或胎儿出生缺陷,以及探寻相应的诊疗策略奠定重要基础,将造福人类生殖健康。

人工合成胚胎的明场、染色和模式图

该研究受到国家重点研发计划、自然科学基金重点项目和云南省科技厅重大基础研究项目的经费支持。

同一时间,国际上其他四个团队也发表了人胚胎模型的工作。其中,三项工作(来自英国剑桥大学的Magdalena Zernicka-Goetz团队、美国耶鲁大学的Berna Sozen团队和美国匹兹堡大学的Mo R. Ebrahimkhani团队)获得的胚胎模型缺乏典型的双胚盘、羊膜腔和卵黄囊结构;来自以色列魏茨曼科学研究所Jacob H. Hanna团队建立的胚胎模型具有典型的双胚盘、羊膜腔和卵黄囊结构,但效率极低(2.9%)。相比,本研究的胚胎模型发育效率超过80%,为人早期胚胎发育、药物研发和毒理测试提供重要的研究和筛选平台。该文在正式发表前的bioRxiv预印本上已被国际新闻媒体报道超过上百次。

(供稿:灵长类转化医学研究院)

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