科学家们发表了一份如何创造鼠-人嵌合胚胎的指南

用左边的移液管将玻璃针中的干细胞注射到小鼠胚胎中。

用玻璃针将人类干细胞注射到左侧的移液管中。(图片由罗斯威尔公园综合癌症中心基因靶向和转基因资源中心的艾米·斯特布莱斯基和道恩·巴纳斯提供)

这项干细胞研究使人类发展和疾病的模型更加精确;它还可以帮助解决移植器官短缺的问题

上映日期(待定):2021年7月2日

健峰站在实验室里。
“这一分步方案将使整个领域受益,使其他科学家能够使用我们的方法生成嵌合体,以研究他们擅长的人类疾病。”
冯健,博士,生理学与生物物理学教授
雅各布斯医学和生物医学科学学院

纽约,布法罗——布法罗大学的科学家们证明了在老鼠胚胎中培育乐动安卓数百万成熟的人类细胞是可能的一年后,他们发表了一份关于该方法的详细描述,以便其他实验室也能这样做。

如果要实现干细胞治疗或治愈人类疾病的最终希望,在一个被称为嵌合体(chimera)的活生物体中产生数百万个成熟的人类细胞的能力至关重要。但是为了产生这些成熟的细胞,人类干细胞必须被转换回更早的、不发达的幼稚状态,这样人类干细胞就可以与老鼠胚泡内的细胞群共同发育。

布法罗大学的科学家们在《自然协议》上发表了概述如何做到这一点的协议。他们被邀请发表这篇文章,是因为团队的首字母产生了巨大的兴趣出版描述了他们去年五月的突破。

“这篇论文将使许多科学家能够使用这个新的平台来研究他们感兴趣的人类疾病,”布兰布大学雅各布斯医学和生物医学科学学院生理学和生物物理学教授、资深作者冯剑博士说。“随着时间的推移,它将把生物医学研究转变为更有效地利用人类模型系统,直接研究个人的几乎任何先天条件。它将激发不可预见的发现和应用,可能从根本上改变我们对人类生物学和医学的理解。”

该协议将允许科学家创建动物模型,冯说,这将提供比以往任何时候都更真实的胚胎发育图景。这些更真实的动物模型也有可能揭示许多疾病背后的机制,特别是那些从出生就折磨人的疾病。

更好的小鼠模型

冯说:“这一分步的方案将使整个领域受益,使其他科学家能够使用我们的方法生成嵌合体来研究他们所擅长的人类疾病。”“这将导致针对镰状细胞贫血、COVID-19等各种人类疾病或各种人类发育障碍的更好的小鼠模型的产生。”

这篇论文展示了如何从现有的可能来自各种疾病患者的诱导多能干细胞中生成原始的人类多能干细胞,如何使用这些细胞生成小鼠-人类嵌合体,以及如何量化嵌合体中的人类细胞数量。

“使用我们的方法,人们现在可以实时跟踪小鼠-人类嵌合胚胎中幼稚的人类多能干细胞的发展,”冯说。这些干细胞可以在基因或药理学上被操纵,提供有关人类发展和疾病的宝贵信息。

“例如,我们可以通过在血红蛋白基因中插入绿色荧光蛋白来标记幼稚的人类多能干细胞,从而研究小鼠-人类嵌合体中人类红细胞的发育,”冯说。

另一个应用是生成人化的小鼠模型来研究许多人类疾病。

“这些老鼠含有关键的人类细胞、组织甚至器官,因此它们能更准确地反映人类状况,”冯说。“在我们的方法中,人类细胞是在小鼠胚胎发育过程中与小鼠一起产生的。将会有更好的匹配,不会有排斥反应,因为人类细胞的制造没有来自老鼠的竞争。”

供将来移植的器官

冯说,通过允许其他人改进和适应这种方法,最终在更大的动物身上产生嵌合体,该方案也可能导致人类器官的产生,以解决可移植器官的严重短缺。

“如果幼稚的人类多能干细胞能够在其他更大的物种中产生大量成熟的人类细胞,那么就有可能在嵌合动物中制造人体组织甚至人体器官,”冯解释说。

冯解释说,利用囊胚互补是可能的,一个物种的正常多能干细胞可以在另一个物种的囊胚中为该物种重建一个器官,该器官经过基因改造,不会生长该特定器官。

冯补充说:“最终,更好地理解人类细胞如何在嵌合体中发育和生长,可能使人类细胞、组织和器官在一个完全人工的系统中产生,并从根本上改变我们治疗许多人类疾病的方式。使用嵌合体的研究是实现这种可能性的必经之路。”

与冯合著者是张博阳博士;Hanqin Li博士;Zhixing胡博士;雅各布学院生物物理与生理学系蒋厚波博士;Aimee B. Stablewski,罗斯威尔公园综合护理中心基因靶向和转基因资源联合主任;Donald A. Yergeau博士;布兰博大学纽约州卓越生物信息学和生命科学中心基因组学和生物信息学核心的Brandon J. Marzullo。

这项工作得到了NYSTEM和布法罗蓝天倡议的支持。

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