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我院范勇研究员团队从多能性干细胞中培养/分化出人的囊胚样结构

发布时间:2021.09.10 来源:科研管理科 发布人:医院办公室 点击数:671

导言:我院范勇研究员,北京大学第三医院于洋研究员,阿卜杜拉国王科技大学李墨教授和昆明理工大学谭韬教授为本文的通信作者。我院范勇研究员、北京大学第三医院闵喆莹博士、阿卜杜拉国王科技大学Samhan Alsolami博士为本文的共同第一作者。本课题受到科技部重点研发专项、国家自然基金、广东省自然基金杰出青年基金项目资助。


2021年9月7日,我院范勇研究员团队、北京大学第三医院于洋研究员团队、阿卜杜拉国王科技大学李墨教授团队和昆明理工大学谭韬教授团队合作在Cell Discovery上发表了题为Generation of human blastocyst-like structures from pluripotent stem cells的研究论文。研究人员首次用EPS细胞培养/分化出人囊胚样结构(Blastoid,类囊胚)。这些培养的“类囊胚”与自然囊胚结构较为类似,可在体外延长培养下模拟早期植入胚胎的形态。人的类囊胚结构的成功建立可以帮助推进对于人类胚胎命运决定与细胞分化等早期事件的深入理解,为临床妊娠失败,复发性流产等临床问题提供新的研究模型。




对自然界生命而言,最重要的事件之一就是受精后胚胎的细胞增殖和命运分化 (囊胚阶段)。这一过程对新生命的开始,组织器官形成,甚至对出生后代的疾病发生都具有深远的影响。然而,由于伦理和材料的限制,对于人类囊胚的研究还较为匮乏。过去几年,科学家开始运用多能干细胞,通过体外重构的方式获得囊胚样结构和植入后的胚胎发育结构,在我院范勇等研究人员从多能性干细胞中培养/分化出人的囊胚样结构前,还没有关于多能干细胞体外重构人囊胚样结构的报道。

合作团队利用扩展多能性干细胞(Extended pluripotent stem cells,EPSCs)研发两步诱导法,首先,将EPS定向诱导为TE-like 细胞;随后,再将EPS细胞和TE-like细胞混合培养在微孔板中,这些细胞很快彼此形成连接,产生信息交流,在特定的培养基下诱导分化为类囊胚(5-6天)。类囊胚包含有自然囊胚中的三种谱系的细胞类型,表达不同谱系细胞的分子标志物,同时可以从类囊胚中重新建立胚胎干细胞和滋养层干细胞系。类囊胚可以在体外发育成类似于早期植入后胚胎的结构。

通过单细胞转录组测序对人的类囊胚转录特征进行了分析。结果表明,在约11000个单细胞中,约有60%的细胞与自然受精囊胚三种谱系细胞具有相似的基因表达特征,然而还有40%的细胞处于一种中间态的过程。UMAP聚类分析表明,在类囊胚形成的20个clusters中,7个clusters与ICM/EPI相关,3个clusters与PE相关,3个clusters与TE相关,而剩余的7个clusters则共表达ICM/EPI和TE的分子标志物。对体外培养的类囊胚早期植入结构的测序结果进行分析,明确在第8天和第10天,该结构主要由3群细胞组成,根据标志分子的表达确定这3群细胞分别是胞体滋养层(CTBs),合胞体滋养层(STBs)和绒毛外滋养层(EVTs)。同时他们的早期细胞类型也可以通过基因表达进行区分。

本研究报道利用多能性干细胞建立人的类囊胚结构的体系,通过建立的两步诱导法,成功建立与人类受精囊胚结构和基因表达特征高度相似的类囊胚结构。该研究可以为深入揭示人类胚胎早期发育过程中的命运决定与细胞分化的机理提供新型的研究模型,同时也为人类早期妊娠失败和复发性流产提供新的研究策略。


文章报道的三维 (3D)、两步诱导方案,用人多能性干细胞分化诱导出人类囊胚样结构,与人囊胚在形态上高度相似。

 

我院范勇研究员,北京大学第三医院于洋研究员,阿卜杜拉国王科技大学李墨教授和昆明理工大学谭韬教授为本文的通信作者。我院范勇研究员、北京大学第三医院闵喆莹博士、阿卜杜拉国王科技大学Samhan Alsolami博士为本文的共同第一作者。本课题受到科技部重点研发专项、国家自然基金、广东省自然基金杰出青年基金项目资助。


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