【中国科学报等】中外科学家建立食蟹猴胚胎3D长时程体外培养模型 揭示灵长类早期神经胚发育特征

  中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院研究人员和美国宾夕法尼亚大学的研究人员,建立了一个可支持食蟹猴胚胎体外发育至受精后25天的3D长时程培养体系(pIVC),并基于该体系探究了灵长类胚胎中晚期原肠运动和早期神经发育过程中的核心事件和谱系特征。相关研究5月11日以封面文章形式在线发表于《细胞》。

  出生缺陷是婴儿死亡的首位原因,与早期胚胎发育异常密切相关。胚胎体外培养技术是可视化研究胚胎发育过程的有力工具。科学家一直致力于搭建非人灵长类胚胎体外培养体系。1995年,澳大利亚科学家将绒猴的囊胚体外培养至胚胎期11天;2019年,王红梅团队及国内外同行将食蟹猴胚胎体外培养至胚胎期20天。但要探究灵长类胚胎中晚期原肠运动和早期神经胚发育,还需要进一步延长食蟹猴胚胎的体外发育历程。

  在该研究中,研究人员首先比较了2D与3D培养体系,发现2D和3D培养体系都能支持胚胎发育到第20天。在2D体系下,胚胎由于胚外组织发育旺盛而迅速增大,但内部的胚体发育并不好;而在3D体系下,胚胎的胚外组织生长受限,但胚体结构显著发育。为了保证胚体发育,研究人员继续优化3D体系,并建立了pIVC,该体系能支持33.7%的食蟹猴胚胎发育到胚胎期25天。

  进一步研究表明,与相同发育阶段的体内正常胚胎相比,pIVC胚胎的分子表达特征与正常胚胎相似,表明pIVC胚胎可重现原肠运动中晚期阶段中胚层和内胚层的发育。

  最后研究者对9个pIVC胚胎单细胞的转录组、DNA甲基化和染色质可及性进行测序和分析。结果表明,与该团队2022年在《自然》报道的相同发育阶段的食蟹猴胚胎单细胞转录组数据库相比,pIVC胚胎可重现体内正常胚胎的转录组特征,并且各种细胞类型的基因均发生了甲基化,胚胎组织的DNA甲基化水平高于胚外组织,与已报道的小鼠和人类胚胎特征相似。

  该研究进一步填补了灵长类胚胎中晚期原肠运动至早期器官发育阶段的领域空白,为灵长类胚胎体外培养和基于干细胞构建的“类胚胎”体外培养提供了参考体系,为深入了解人类早期胚胎发育机制、开展早期胚胎发育异常相关疾病的病理研究提供了技术平台。

  相关论文信息:

  https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.04.019

(来源:中国科学报 2023-05-16 第1版 要闻 、光明日报 2023年05月15日 08版、中国青年报客户端 2023-05-13、中国新闻网 2023年05月11日、科技日报、央视新闻频道、北京网络广播电视台、中国日报、新华社、健康报、经济日报)

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