2021年美国生殖年会热点分享——植入后胚胎发育模型研究进展

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生命早期的发育最为神秘,人类早期胚胎的发育仍然迷雾重重。目前人类胚胎在体外培养皿中已经可以稳定的发育至囊胚阶段(植入前阶段),但是将囊胚在体外继续进行培养使其进一步发育到植入后阶段,仍然具有很大的难度。由于不能体外培养,从而限制了对植入后胚胎发育的深入研究。因此,如何有效的建立胚胎植入后发育研究的胚胎模型,是生殖医学领域很重要的一个热点问题。

在2021年美国生殖医学年会上,来自美国德克萨斯大学健康科学中心的Arthur Chang教授,围绕上述问题带来了题为“Embryo-Like structures derived from Embryonics and Stem cells(源自胚胎和干细胞的胚胎样结构)”精彩讲座。

2021年美国生殖年会热点分享——植入后胚胎发育模型研究进展 母婴 第1张

Arthur Chang教授首先简要的评价了在生殖医学领域研究胚胎样结构/人工胚胎的需求和意义,指出“通过针对胚胎植入后发育模型的研究,可以更好理解胚胎种植、原肠胚形成等分子机制,从而促进不孕症治疗、避孕药物研发及类器官建立等研究。”

接下来,Arthur Chang教授重点的回顾和总结了近年来植入后胚胎发育模型的研究进展,主要包括囊胚体外延长培养技术发展和源自干细胞的胚胎样结构/人工胚胎构建技术发展:

  1. 囊胚体外延长培养技术,从早期建立的种植后胚胎2维(2D)培养体系(图1)发展到3维培养体系(图2)。

    2021年美国生殖年会热点分享——植入后胚胎发育模型研究进展 母婴 第2张
    图1.人类植入期及植入后早期胚胎发育的体外2D培养系统


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    图2.囊胚在体外3D培养系统的发育


    目前非人灵长类胚胎在体外3D培养体系下最长可培养至受精后53天,而最近小鼠胚胎在体外特殊培养设备下,已可从原肠胚前期(E5.5)发育至后肢形成阶段(E11)(图3);

    2021年美国生殖年会热点分享——植入后胚胎发育模型研究进展 母婴 第4张
    图3. 小鼠胚胎在体外发育至后肢形成阶段
  2. 源自干细胞的胚胎样结构/人工胚胎构建技术,目前主要包括在3D骨架上胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESC)和滋养层干细胞(Trophoblast stem cells,TSC)组装形成胚胎样结构并在植入子宫后诱发蜕膜化(图4)、ESC+TSC+ETX(胚外组织干细胞,extra-embryonic stem cells)形成的胚胎样结构在体外形成类似原肠胚(图5)及利用单一类型干细胞产生胚胎样结构植入子宫后诱发蜕膜化并进一步发育分化产生原始内胚层、上胚层和滋养外胚层(图6)。

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    图4.ESC+TSC产生胚胎样结构


    2021年美国生殖年会热点分享——植入后胚胎发育模型研究进展 母婴 第6张
    图5. ESC+TSC+ETX形成的胚胎样结构


    2021年美国生殖年会热点分享——植入后胚胎发育模型研究进展 母婴 第7张
    图6.小鼠多能干细胞体外培养产生囊胚样结构

最后,Arthur Chang教授指出,随着胚胎样结构/人工胚胎构建技术的发展,针对人类胚胎相关实验“14天”规则引发了新的争议和关注,干细胞研究国际学会最新指南也做出了相应的修订,在一定程度上放松了“14天”规则,这将会大大促进相关研究的开展。

综上所述,针对植入后胚胎发育模型的研究在近几年取得了很大的进展,这些研究可以帮助我们更好地理解早期胚胎发育的分子机制,为后续针对不孕症、早期流产等的治疗研究奠定了理论基础。

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