研究者们成长的“合成”胚胎的大脑和心脏

剑桥大学的研究人员创造了模型从小鼠胚胎干细胞形成一个大脑,一个跳动的心脏,所有的其他器官的基础上的新途径,重建生活的第一阶段。

教授领导的团队,马格达莱纳河Zernicka-Goetz,开发了胚胎模型没有卵子或精子,而使用干细胞——身体的主细胞,它可以发展成在体内几乎所有的细胞类型。

研究人员在实验室中模拟自然过程通过指导中发现的三种类型的干细胞早期的哺乳动物发展,他们开始交流。通过诱导特定基因的表达,建立一个独特的环境的相互作用,研究人员能够让干细胞彼此“交谈”。

干细胞自组织结构,通过连续的发展阶段,直到他们有跳动的心和大脑的基础,以及卵黄囊的胚胎发育和营养物质来自它的第一个星期。与其他合成胚胎,Cambridge-developed模型达到了整个大脑,包括前部分,开始发展。这是一个进一步的发展比其他干细胞技术已经取得了模型。

研究小组说,他们的结果,结果十多年的研究,逐渐导致了越来越多的复杂的胚胎结构,在《华尔街日报》报道自然,可以帮助研究人员了解为什么有些胚胎而其他人继续发展成一个失败健康的怀孕。此外,研究结果可以用来指导合成人体器官用于移植修复和发展。

“我们的老鼠胚胎模型不仅开发大脑,但也是一个跳动的心脏,所有的组件组成的身体,继续“Zernicka-Goetz说,在哺乳动物发育和干细胞生物学教授在剑桥的生理学、发展和神经科学。“这简直是不可思议的,我们有这么远。这是我们社区的梦想多年来,十年,我们的重点工作,最终我们做到了。”

人类胚胎的成功发展,需要有一个组织之间的“对话”,将成为胚胎,和胚胎组织将连接到母亲。在受精后的第一周,三种类型的干细胞发展:一个最终将成为身体的组织,和其他两个支持胚胎的发展。这些肿瘤干细胞类型之一,将成为胎盘,连接胎儿的母亲和提供氧气和营养;和第二个是卵黄囊,胚胎的增大,它的早期发展的养分。

许多怀孕失败的时候,三种类型的干细胞开始机械和化学信号发送给对方,告诉胚胎正常发育。

“很多怀孕失败在这个时候,大部分女性意识到自己是怀孕之前,“Zernicka-Goetz说,他是加州理工学院的生物学和生物工程学教授。“这段时间是一切的基础,在怀孕之前。如果出错,怀孕会失败。”

在过去的十年里,在剑桥Zernicka-Goetz教授的研究小组一直在研究这些怀孕的早期阶段,为了理解为什么一些怀孕失败和成功。

“干细胞胚胎模型很重要,因为它为我们提供了可访问性发展中结构阶段,通常是隐藏在我们由于小胚胎的植入到母亲的子宫,“Zernicka-Goetz说。“这可访问性使我们能够操纵基因理解他们的发展角色模型实验系统。”

指导他们的合成胚胎的发展,研究者们放在一起培养干细胞代表三种类型的组织在正确的比例和环境促进经济增长和相互沟通,最终自组装成一个胚胎。

研究人员发现,胚胎细胞,肿瘤细胞信号化学信号但也从力学上看,或者通过触摸,指导胚胎的发展。

”这段人生是如此的神秘,所以能够看到它发生在一个菜是如何访问这些单个干细胞,理解为什么那么多怀孕失败,我们如何能够防止这情况是非常特殊的,“Zernicka-Goetz说。“我们着眼于之间的对话,发生不同类型的干细胞在此时已经显示它如何发生,以及它如何可能出错。”

研究中的一个重大进步是能够生成整个大脑,尤其是前部,已合成的胚胎发展的一个主要目标。这在Zernicka-Goetz工作的系统,因为大脑的这一部分需要的信号从一个胚胎外的组织能够发展。团队认为,这可能是发生从他们2018年和2021年的研究中,使用相同的组件细胞发育成胚胎在一个较早的阶段。现在,通过推动进一步发展仅仅一天,他们可以肯定地说,他们的模型是第一个信号前的发展,事实上整个大脑。

“这将打开新的可能性研究神经发育的机制在实验模型中,“Zernicka-Goetz说。“事实上,我们证明的证明这一原则在纸上敲出一个已知基因为神经管的形成至关重要,前体的神经系统,大脑和眼睛的发育。在缺乏这种基因,合成显示完全已知缺陷的胚胎在大脑发育的动物携带这种突变。这意味着我们可以将这种方法应用到许多基因与未知函数在大脑发育。”

尽管目前的研究在小鼠模型进行的研究人员正在开发类似的人类模型可能指向特定的器官类型理解的生成机制背后的关键过程,否则不可能研究真正的胚胎。目前,英国法律允许人类胚胎研究在实验室里只有14岁^th天的发展。

如果方法由Zernicka-Goetz的团队成功与人类干细胞所示细胞在未来,他们也可以用来指导发展合成器官等待移植的患者。“有很多世界各地的人们多年等待器官移植,“Zernicka-Goetz说。“我们的工作最令人兴奋的是,知识可以用来培养正确的合成目前丢失人体器官来拯救生命。应该也有可能影响我们使用知识和治疗成人器官对它是如何生产出来的。

“这是一个令人难以置信的一步,十年的辛苦工作了我的许多团队members-I从未想过我们会走到这个地方。你不觉得你的梦想就会实现,但他们。”