迄今为止最多!新型小鼠与人类胚胎嵌合体中 含有高达4%的人类细胞

北京时间6月2日,据国外媒体报道,嵌合体一般指由两组不同的DNA组成的生物体。在一项新的研究中,科学家培育的小鼠-人类嵌合体胚胎含有高达4%的人类细胞,这是迄今为止所有嵌合体中数量最多的人类细胞。

令人惊讶的是,这些人类细胞甚至可以从小鼠细胞中学习并发展得更快,换句话说,这种嵌合胚胎比人类胚胎更接近小鼠胚胎的发展速度。该研究的作者之一、纽约州立大学布法罗分校的生理学和生物物理学教授冯建说,这一发现表明:非常偶然& hellip& hellip我们实际上没有预见到这一点。。

冯教授说,人类细胞在小鼠胚胎中的成功培养可能有助于科学家了解人体的生长和衰老过程,或探索新冠状肺炎(COVID-19)等疾病是如何损伤细胞的,这些嵌合体胚胎甚至可能最终成为培养可移植器官的支架。

冯教授的团队已经解决了这种嵌合体培养中的一个长期存在的问题:为了使人类胚胎干细胞和小鼠胚胎干细胞能够交流和混合,它们需要处于相同的发育状态。如何做到这一点?胚胎干细胞是多能性的,可以在体内发育成任何类型的细胞。

但冯教授指出:人类胚胎干细胞的外观和行为与小鼠胚胎干细胞大不相同。因此,过去整合它们的尝试都失败了。起初,研究人员认为失败是由于某种物种障碍,但经过多年的研究,他们意识到这不是一个物种问题,而是一个成熟度问题。

人类干细胞处于发展的后期,称为& ldquo原始状态& rdquo通常只有在人类胚胎被植入子宫壁后才会发生。相比之下,小鼠干细胞则处于停滞状态。原始状态& rdquo这种状态通常发生在小鼠胚胎仍漂浮在输卵管中的时候。冯教授说,以前的研究人员无法将人类细胞转化回其原始状态。

让人类细胞回到它们原来的状态

人细胞(绿色)形成于小鼠胚胎眼睛(蓝色)

在实验中,冯教授和他的团队被给予& ldquo胚胎滞育。受胚胎滞育现象的启发,这种现象发生在数百种哺乳动物身上,从老鼠到熊。当一些困难的情况发生时,例如饥荒或缺水,一些动物胚胎可以在母亲的输卵管中保留几个月& mdash& mdash有时甚至超过一年-& mdash;& mdash直到环境条件改善。

目前,尚不清楚是什么导致胚胎发育停滞在原始状态,但是一种叫做mTOR的蛋白质似乎可以作为传感器来检测环境条件是否恶劣。他的团队发现,他们可以瞄准人类干细胞中的蛋白质,让他们认为自己正在经历饥荒和需求。跳跃到一个更好的地方原始& rdquo为了节约能源。

MTOR通常促进蛋白质和其他分子的生产,以支持细胞的生长和增殖。因此,通过抑制mTOR,冯教授的团队成功地诱导了人类干细胞,改变了它们的代谢和基因表达,并将它们从原始状态逆转到原始状态。冯教授说:因此,这些细胞的行为很像老鼠细胞。& rdquo结果,研究人员获得了一组原始的人类干细胞,可以和小鼠干细胞一起培养很好地混合在一起。研究人员随后将10到12个原始人类干细胞注入小鼠胚胎。

在大多数小鼠胚胎中,原始人类干细胞已经在所有三个胚层中成功发育成成熟的人类细胞。这三个胚层分别是:外胚层,它是在胚胎生长过程中发育并随后发育成毛发、指甲、表皮和神经组织的初级细胞层;中胚层,构成器官的细胞;内胚层构成了器官的内层。然而,没有人类细胞扩散到生殖细胞组织,这将随后发展成卵子和精子。

这三个胚层然后发展成更分化的细胞。当研究人员在17日停止实验时,14个胚胎的人类细胞含量从0.1%到4%不等。在胚胎的所有部位都发现了人类细胞,包括肝脏、心脏、视网膜和红细胞。

然而,真正的& ldquo令人惊讶。这是人类细胞发展的速度。例如,这些胚胎可以在17天内产生人类红细胞,而在正常的人类胚胎中,红细胞需要大约56天才能完成发育。类似地,人类胚胎中的眼细胞直到很晚才发育,而嵌合胚胎可以在17天内发育出包括感光细胞在内的人类眼细胞。冯教授说,人体细胞& ldquo它显示了小鼠胚胎的生物钟。。以前,科学家认为这种加速发展是不可能的,因为人类细胞的发展速度被认为是& ldquo不可改变的。

器官移植与道德困境

这项新研究建立了一个新方法& rdquo,诱导的人多能干细胞可以转化成原始状态,但本研究的嵌合水平低于另一项研究,后者每个胚胎含有高达20%的人细胞。然而,这项研究于5月24日在Biorxiv(一个预先打印的数据库)上发表,还没有经过同行评审。总之,这些研究为体外获得多能状态提供了新的视角,并强调了跨物种成功嵌合的障碍。找到克服这些障碍的方法可能会促进再生医学的发展。

这些发现可能是促进对人类发展和现状的基本理解的研究;,尤其是生物系统中涉及的时差。这种嵌合体也可以帮助科学家了解人类疾病。例如,研究人员也许有一天能够在小鼠模型中再生人类血液,并研究疟疾等疾病。如果人类的肺细胞或呼吸上皮细胞能够被创造出来,老鼠就能成为& ldquo模型系统。。换句话说,携带人类细胞的老鼠可能会感染冠状肺炎,然后了解病毒如何攻击人类细胞。

这种嵌合体最常提到的潜在应用是器官培养,但这可能不会发生在小鼠身上,而是发生在较大的动物身上,如猪。当然,这些应用也会引发道德问题。伦理考虑之一是嵌合体模糊了物种之间的界限,使得很难确定这些动物拥有的道德或意识。例如,根据以前的研究报告,动物实验中使用的嵌合体可能具有太多的人类特征,并且具有与我们相似的道德地位或意识。

在考虑这些应用之前,需要进行大量的讨论。美国华盛顿大学干细胞与再生医学研究所副所长卡罗尔·米德多特;卡罗尔·威尔没有参与新的研究,他认为在这个领域成为现实之前,还需要更多的探索。目前,几个主要障碍是确定这些人类细胞的宿主物种和公众接受这项工作的程度。

& ldquo目前,这种临床机会成为现实的速度似乎不受人体器官生长能力的阻碍。& rdquo卡罗尔&米德多;韦尔补充道。她希望看到当从实验室培养皿中取出mTOR蛋白时,这些原始人类细胞是否能再次发育,特别是一些关键的细胞过程是否能再次恢复。冯教授团队的研究成果发表在5月13日的《科学进展》杂志上。

迄今为止最多!新型小鼠与人类胚胎嵌合体中 含有高达4%的人类细胞

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