科普創作

【科普創作】重現生命最初模樣 中國科學家實現體外非人靈長類動物胚胎原腸發生過程

錄入:平頂山市科技局  www.fmdxfh.live   2019-11-06 16:56:05   人氣:

來源:中國科學報

作者:丁佳
對人類來說,有沒有比出生、死亡或婚姻更重要的事?
科學家認為有。早期胚胎發育關乎生命本源,一直是生物學研究的熱點和難點。尤其是推動細胞有序遷移并分化形成三個胚層的原腸運動,更被認為是包括人類在內的靈長類動物發育的里程碑事件。
北京時間11月1日,美國《科學》雜志在線發表了中國科學院動物研究所、中科院干細胞與再生醫學創新研究院研究員王紅梅課題組和研究員李磊課題組與中科院昆明動物研究所研究員鄭萍課題組合作的一項研究工作,他們在體外重現了非人靈長類動物胚胎原腸發生,終于揭開了這一過程的神秘面紗,為研究靈長類動物早期胚胎發育過程建立了重要的研究基礎。
比生死更重要的事
原腸運動作為胚胎發育最重要的事件之一,是一個古老而神秘的研究領域。哺乳動物胚胎在輸卵管中經一系列卵裂和分化形成囊胚。隨后,囊胚遷移至子宮進行著床。著床前后,胚胎中部分細胞開始移動、重排和分化,啟動原腸運動,形成內、中、外三個胚層。
“原腸運動是為胚胎體軸建立和器官發育奠定基礎的。”論文通訊作者之一王紅梅說,“如果原腸運動發生異常,往往會導致妊娠失敗、出生后器官缺陷等重大疾病。”
由于原腸運動在生命發育中的重要作用,英國著名發育生物學家路易斯·沃伯特曾說:“人一生最重要的時刻不是出生、結婚和死亡,而是原腸運動。”
然而,雖然其重要意義不言而喻,但要研究原腸運動,卻并非易事。最初,發育生物學家是從海綿、水母、海膽、線蟲和果蠅等結構簡單的低等無脊椎動物入手,而后過渡到斑馬魚、非洲爪蟾和小鼠等高等脊椎模式動物,逐步研究揭示了原腸運動的發生機制。
“但是,這些模式動物畢竟與人有著很大差異,即使是同為哺乳動物的小鼠,早期胚胎也跟靈長類動物有著顯著不同。”論文通訊作者之一李磊告訴《中國科學報》記者,“小鼠胚胎著床后上胚層形成杯狀結構,而靈長類動物則形成雙層胚盤狀結構。所以我們很難將小鼠的研究結果推演到人類身上。”
“14天紅線”以外
2016年,英國劍橋大學和紐約洛克菲勒大學的科研人員分寫宣布,他們將人類胚胎在體外培養到受精后的12~13天;2019年8月,北京大學科研團隊根據已報道胚胎培養策略重現了胚胎形態學動態變化特征,證據顯示胚胎在無母體組織參與下能發育至第12~14天。
根據國際倫理學準則,上述研究者均在第14天終止了體外胚胎培養實驗。
然而,胚胎原腸運動其實是發生在“14天倫理紅線”之外的,這使得到目前為止,科學界對靈長類動物胚胎原腸運動的研究非常有限。
“因此,我們就想能否利用與人遺傳與進化較為接近的食蟹猴作為模式動物,在避免14天倫理限制的同時,去研究這一生命發育過程。”王紅梅說。
從2011年開始,王紅梅、李磊、鄭萍所在的科研團隊先后獲得了兩期中科院戰略性先導科技專項的支持,建起了一套非人靈長類動物胚胎體外培養系統。借助前期的技術積累,科研人員成功將食蟹猴囊胚體外培養至原腸運動出現,并進一步發育至受精后20天,首次證明靈長類動物胚胎可以在沒有母體支撐的情況下體外發育至原腸運動,并重現了靈長類動物早期胚胎發育的幾個關鍵事件。
該研究對探索靈長類動物早期胚胎發育和原腸運動開辟了嶄新研究平臺,為人類早期胚胎發育異常等重大疾病的臨床藥物研發和再生醫學的發展提供了潛在的新工具,也為人類深入認識胚胎發育機制和體外孕育除人類外的生命探索提供了重要數據。
不孕不育新希望?
有數據顯示,當前我國不孕不育的發生率超過15%,早期妊娠失敗率超過30%,出生缺陷發生率則為5.6%。這意味著,平均約每8對育齡夫婦,就有1對不孕不育;而幾乎每30秒鐘,我國就會有一名缺陷兒出生。
這樣嚴峻的現實使得學界對這項成果的臨床價值充滿期待。
中國工程院院士、北京大學第三醫院院長喬杰評價稱:“猴類被認為是研究人類生理學和病理學的可靠動物模型,其植入后發育的體外培養體系的建立,為研究靈長類動物的植入后胚胎發育的過程提供了平臺,將大大提高我們對靈長類和人類早期胚胎發育的認識及相關疾病的了解,特別是為不良妊娠及胎兒畸形病因的探討奠定了很好的基礎。”
南京醫科大學教授沙家豪則說:“這個靈長類動物的體外原腸胚形成模型系統的建立,可用于篩選來源于精子、卵子和宮內的致死和致畸因子,也可以幫助我們理解早期胚胎細胞分化,優化和提高輔助生殖技術,為臨床治療不孕不育和防范出生缺陷提供基礎理論指導、開拓新型治療方法。”
他同樣也盼望著,以后再在學校里講授組織胚胎學課程時,能夠自豪地告訴學生,這里有來自中國科學家的貢獻。
 

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