正在阅读:猴子一生中“最重要时刻”首次体外重现
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

猴子一生中“最重要时刻”首次体外重现

来源:科技日报2019-11-06 09:26

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  《科学》以“研究文章”形式在线发表了相关研究工作。

  图片来源于《科学》官网

  囊胚在子宫“安家”前后,启动原肠运动,形成原肠胚。受访者供图

  英国著名发育生物学家路易斯·沃伯特曾说:“人一生最重要的时刻不是出生、结婚和死亡,而是原肠运动。”

  来自中国科学院动物研究所等单位的研究人员,借助该团队深耕多年建立的非人灵长类动物胚胎体外培养系统,将食蟹猴囊胚体外培养至原肠运动出现,并进一步发育至受精后20天,体外重现非人灵长类动物胚胎原肠运动。该研究为了解灵长类动物早期胚胎发育过程奠定了重要的研究基础,重现了猴子一生中“最重要的时刻”。相关研究成果于近日在线发表于《科学》杂志上。

  一个古老的研究领域 原肠运动神秘面纱被逐渐揭开

  那么,究竟什么是原肠运动呢?

  说来话长,早期胚胎发育关乎生命本源,一直是生物学研究的热点和难点。哺乳动物交配后,精子和卵子结合,形成受精卵。受精卵在输卵管中经一系列卵裂和分化形成囊胚。随后,囊胚迁移至子宫着床。囊胚在子宫“安家”前后,它的部分细胞开始移动、重排和分化,启动原肠运动,形成内、中、外三个胚层,也就是原肠胚。从囊胚发育到原肠胚的过程,就是原肠运动。

  “原肠运动是早期胚胎发育最特殊的阶段,细胞会从几百个直接增加到几千、几万个。”中国科学院院士、动物所所长周琪说道。

  原肠运动作为胚胎发育最重要事件之一,是一个古老而神秘的研究领域。早期的发育生物学家们对原肠运动的阐述各不相同,直到上世纪五六十年代,原肠运动才有了较为统一的定义,即“细胞经有序的迁移后分化形成三个胚层”。

  发育生物学家最初以结构简单的低等无脊椎动物,如海绵、水母、海胆、线虫和果蝇等来研究原肠运动,揭示了该过程中细胞运动、细胞极化、细胞连接和细胞间通讯等基本细胞生物学事件;继而采用高等脊椎动物,如鱼类(斑马鱼)、两栖类(非洲爪蟾)和哺乳类(小鼠)等为模型探索原肠运动,原肠运动发生机制的神秘面纱被逐渐揭开。

  2016年,来自剑桥的研究团队建立了小鼠着床后胚胎的体外培养体系,观察到了体外培养的小鼠胚胎前后轴的形成和卵圆柱形态发生,这一体系为阐明早期着床后胚胎发育和原肠胚发生提供了重要实验手段。

  尽管小鼠胚胎体外培养系统取得很大的突破,但即使同为哺乳动物的啮齿类动物,其早期胚胎也与灵长类动物存在显著不同。比如,小鼠胚胎着床后上胚层形成杯状结构,而灵长类动物胚胎则形成双层胚盘状结构。因此,很难将小鼠有关原肠运动的研究结果直接推演到人类等灵长类动物。

  胚胎发育的“高光时刻” 可避免人类胚胎培养14天伦理限制

  原肠运动是包括人类在内的灵长类动物发育过程中的里程碑事件。“早期胚胎发育和原肠运动发生异常往往导致妊娠失败和出生后器官缺陷等重大疾病。”论文通讯作者、中国科学院动物所研究员王红梅说。

  然而,由于伦理限制,体外人类胚胎培养不能超过受精后14天,但灵长类动物原肠运动多发生在受精14天以后,所以生物学家一直对人类原肠运动“这一高光时刻”一无所知。

  揭开原肠运动的神秘面纱,模式动物的应用对于人类认识原肠运动将发挥不可替代的重要作用。由于同人类遗传与进化较为接近,食蟹猴被研究人员选为模式动物,避免了人类胚胎培养14天的伦理限制。

  在项目开展中,研究人员研究建立了一个新的体外培养体系,能够支持食蟹猴的胚胎在受精后体外发育长达20天,首次证明灵长类动物胚胎可以在没有母体支撑的情况下体外发育至原肠运动,并重现了灵长类动物早期胚胎发育的几个关键事件。

  研究人员从形态学、标记分子染色和单细胞转录组等多个角度提供了充分的证据,证明体外发育的食蟹猴胚胎高度重现体内胚胎发育过程,包括形成清晰的羊膜腔以及卵黄囊结构,之后发生原肠运动,形成原条结构,同时伴随前后轴结构的差异分化。在体外培养胚胎发育的第12—16天还能观察到原始生殖细胞,这些特征是之前人类胚胎体外培养所未观察到的。结合单细胞转录组测序分析,这项研究第一次提供了灵长类动物早期胚胎发育过程中羊膜细胞的基因表达特征,并重新定义了灵长类动物早期胚胎多种细胞类型。

  生殖医学领域一项重大突破 有助找到不良妊娠及胎儿畸形原因

  在王红梅看来,该研究对探索灵长类动物早期胚胎发育和原肠运动开辟了崭新研究平台,为人类早期胚胎发育异常等重大疾病的临床药物研发和再生医学的发展提供了潜在的新工具,为人类深入认识胚胎发育机制和体外孕育生命(非人)探索提供了重要数据。

  中国工程院院士、北京大学第三医院院长乔杰在对这项研究进行点评时表示,猴子被认为是研究人类生理学和病理学的可靠动物模型,其植入后发育的体外培养体系的建立,为研究灵长类动物的植入后胚胎发育的过程提供了平台,将大大提高我们对灵长类和人类早期胚胎发育的认识及相关疾病的了解,特别是为不良妊娠及胎儿畸形病因的探讨奠定了很好的基础。

  南京医科大学生殖医学国家重点实验室教授沙家豪也认为:“该研究利用胚胎体外培养技术,成功解析了灵长类早期原肠发生这一重要事件,是生殖医学领域一项重大的科研突破,同时这项技术的突破对于研究人类发育和疾病发生机制有着非常重要的意义。”

  这一突破有助于阐明灵长类动物的原肠胚发育的调控机理,同时促进对人类胚胎发育的认知,如:三胚层形成、胚胎体轴的形成、原条形成、细胞迁移趋化运动等过程的分子调控机制,以及细胞之间的相互作用,揭示高等灵长类与低等动物的差别,填补高等动物胚胎发育机制的理论空白。

  与此同时,该灵长类动物的体外原肠胚形成模型系统的建立,可筛选来源于精子、卵子和宫内的致死和致畸因子;也可以帮助理解早期胚胎细胞分化,优化和提高辅助生殖技术,能为临床治疗不孕不育和防范出生缺陷提供基础理论指导、开拓新型治疗方法。由于原肠胚形成能分化为机体各个器官的三胚层细胞,对再生医学研究具有重要意义,如研究多能干细胞分化为特定的细胞类型,用于疾病模拟和干细胞治疗。(本报记者 陆成宽)

[ 责编:张蕃 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 澳门轻轨举行通车仪式

  • 中国驻新使馆确认新西兰火山喷发涉两名中国公民

独家策划

推荐阅读
如今,西方政府层面的教育改革趋势主要体现为同质化、同步化、集权化、标准化、考试化。
2019-12-11 09:53
区块链标准化、效率、安全与隐私、创新应用、底层的密码技术支撑等方面,是学界和业界共同关注的问题。
2019-12-11 09:53
以此消除人们对人脸信息收集、存储、处理等使用规范欠缺导致的信息泄露的担忧,建立伦理规范引领行业健康可持续发展。
2019-12-11 09:53
杨长风在会上透露,今年底,北斗三号将完成所有中圆地球轨道卫星发射任务,北斗全球系统核心星座部署完成。
2019-12-11 09:36
国家航天局发布了高分七号首批22幅亚米级立体影像产品,包括北京首都机场、大兴机场、雁栖湖,安徽泾县,广东阳春市,山东菏泽等多个地区的正射影像图、立体核线影像、数字表面模型产品等。
2019-12-11 09:36
西藏那曲市,1965年,陈金水和同事们在海拔4800米的安多,一镐一镐平整出一个标准气象观测场,建成世界上海拔最高的安多气象站。
2019-12-11 09:33
虽然他们目前开发的铠甲为塑料材质,但具有3D打印不同材料的潜力,意味着该研究提出的设计原理有望应用于其他功能性原型的设计。
2019-12-11 09:33
在刊载于《科学》杂志的论文中,研究团队解决了量子技术中普遍存在的一个问题:噪音。
2019-12-11 09:33
不同“姿态”的螺旋光对应着不同信息通路的门锁,只有知道入射光束的螺旋姿态,才能够成功解码出锁中的全息信息,保护了信息传递的安全性。
2019-12-11 09:33
凭借过硬的技术积淀,研究院研发出的电解质隔膜片电导率和材料密度,均接近理论值。
2019-12-11 09:31
黑素瘤起源于黑素细胞,是一种恶性程度高、侵袭转移性强、预后极差的致死性皮肤疾病,晚期患者5年生存率不足5%。
2019-12-11 09:31
总之,语音社交平台的涌现,是我国数字经济蓬勃发展的一种表现,也是我国互联网商业模式和技术创新的新探索。
2019-12-11 09:30
据周玲透露,这个基因突变体库的插入位点,已经对全球玉米研究人员开放共享。
2019-12-11 09:30
但朱运峰认为,取血量越大得到的结果越稳定,一滴血中肿瘤信息很少,会导致检测数据波动较大。
2019-12-11 09:30
专家提醒,水痘可以经呼吸道传播,家长要注意让孩子勤洗手多喝水,防止感冒,不在封闭拥挤的空间久留,如果家里有水痘患者,要注意隔离。
2019-12-11 09:23
“断舍离”提倡一种“更少但更好”的生活方式,它主张我们要选择适合自己的、有用的,能让人在做决策时更理性。
2019-12-11 09:22
屏幕更大的手机,相应地就需要更大容量的电池,这种电池的容量一般在3800毫安时到4500毫安时之间,续航时间约为24个小时。
2019-12-11 09:22
之后两年,彭桓武照常参加学术委员会会议,每次都积极发言,给理论物理所提出了不少有价值的建议。
2019-12-11 09:35
在场聆听故事并发言的中科院数学与系统科学研究院博士生陶睿身边还带着本科时的教材《数学分析教程》。
2019-12-11 09:34
设立于上海的物流信息互通共享技术及应用国家工程实验室里,这些有趣的设备和技术透露着一个趋势:形形色色的高科技,正助力物流行业从容应对物流“高峰”的挑战。
2019-12-10 21:39
加载更多