干细胞模型复制了过去两周的人类羊膜囊发育

弗朗西斯·克里克研究所的研究人员开发了一种新的成熟人类羊膜囊干细胞模型，该模型复制了受精后两到四周支持胚胎的组织的发育。这是两周后羊膜囊发育的第一个模型。

正如发表在《细胞》杂志上的研究所述，新模型可用于研究人类羊膜的起源和功能，并帮助确定羊膜囊可能支持胚胎发育的先前未知方式。它也为利用羊膜的医疗程序带来了希望。

羊膜是一种保护膜，它膨胀到含有羊水的囊中，羊水在分娩前羊水破裂时离开身体。直到最近，它的主要作用还被认为是包围和保护婴儿，缓冲婴儿免受冲击，并在胎盘形成之前让营养物质通过。

研究人员无法详细研究羊膜，因为目前的干细胞胚胎模型通常无法捕捉到人类发育的后期阶段，而且出于伦理原因，人类胚胎在14天后无法进行研究。

克里克团队创建了一种新的3D模型，称为原肠胚形成后羊膜（PGA），它与原肠胚发育后（胚胎细胞组织成层，形成组织和器官）的人类羊膜和其他支持组织非常相似。

他们通过在48小时内用两个化学信号分一系列步骤培养人类胚胎干细胞来实现这一点，之后细胞将自己组织成羊膜的内层和外层。

90%以上的PGA在第10天形成囊状结构。这些在90天内逐渐扩大规模，没有得到任何进一步的信号。模型中的细胞组成显示出与人羊膜囊的显著相似性，PGAs内的液体模仿了人羊水的内容。

使用基因操作技术，研究人员发现了一种名为GATA3的转录因子（一种打开或关闭其他基因的基因），如果在PGA中关闭，会导致羊膜组织的生长受损。

相反，当它们增强胚胎干细胞中的GATA3时，这些细胞在没有任何其他信号的情况下形成了羊膜囊样结构。这些实验表明，GATA3是启动羊膜发育所必需的。

最后，研究小组询问羊膜组织是否有助于胚胎细胞的发育和特异性，而不仅仅是保护它们。他们将PGA细胞与未经处理的胚胎干细胞混合，观察到未经治疗的细胞发育出羊膜囊样结构，表明羊膜的信号确实可能与胚胎细胞交流。.

由于其再生、抗炎和抗菌特性，羊膜可以由选择性剖腹产的人捐赠，用于重建眼睛角膜、修复子宫内膜或治疗烧伤和溃疡等医疗程序。

由于移植组织依赖于捐赠，研究小组认为PGAs可以提供羊膜的替代来源，甚至可以从患者自己的细胞中生长出来。

研究人员现在正与克里克的翻译团队合作，探索在临床上使用PGAs的潜力，并进一步深入了解羊膜囊和胚胎细胞之间的通讯。

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克里克定量干细胞生物学实验室组长、资深作者Silvia Santos说：“由于伦理和技术限制，早期人类发育仍然是一个黑匣子，但我们的新模型在这个关键时期提供了一些可见性，而不需要使用人类胚胎。

”这项工作改变了我们对羊膜只是一个保护结构的看法：它正在积极地与胚胎对话并促进其生长。我们也对PGAs作为一种快速、廉价和可扩展的方式为医学用途提供羊膜的潜力感到兴奋。克里克定量干细胞生物学实验室首席实验室研究科学家、第一作者Borzo Gharibi说：“我们最初是在研究胚胎细胞如何形成其身份，然后我们的研究发生了非常有趣的转折，导致了PGA的发展。”。

“该模型首次复制了成熟的人类羊膜，以高度的可重复性密切模仿了人类羊膜囊的结构和功能特征。这为研究人员提供了一种研究人类发育后期和支持胚胎的组织功能的工具。”

通过与克里克的基因组学、代谢组学和蛋白质组学团队的密切合作，该项目得以实现。p