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Nature正刊:用接触角(contact angle)研究胚胎发育,思维独到

先进材料  · 公众号  ·  · 2024-05-04 13:10

正文

人类胚胎的成形始于压实,在此过程中细胞紧密接触。辅助生殖技术研究表明,人类胚胎不能压实主要是因为粘附缺陷。根据我们目前对动物形态发生的理解,其他形态发生引擎,如细胞收缩性,可能参与人类胚胎的形成。然而,驱动人类胚胎形态发生的分子、细胞和物理机制仍不明确。通过对捐赠给研究的人类胚胎进行微量移液器抽吸,我们绘制了压实过程中的细胞表面张力图。这表明细胞-介质界面的张力增加了四倍,而细胞-细胞接触保持稳定的张力。因此,细胞-培养基界面张力的增加驱动了人类胚胎的压实,这在质量上与小鼠胚胎的压实相似。人类和小鼠之间的进一步比较显示,机械策略在质量上相似,但在数量上不同,人类胚胎的机械效率最低。对人类胚胎中细胞收缩性和细胞-细胞粘附的抑制表明,尽管压实需要这两个细胞过程,但只有收缩性控制负责压实的表面张力。当出现故障时,细胞收缩性和细胞-细胞粘附表现出不同的机械特征。通过分析自然衰竭胚胎的力学特征, Jean-Léon Maître团队发现有证 据表明,含有排除细 胞的非致 密或部分致密胚胎具有缺陷的收缩性。

包括哺乳动物在内的模式生物的机械特性极大地促进了我们对动物形态发生的理解。出于伦理和技术原因,人类胚胎大多无法进行实验。因此,我们对人体在胚胎发育过程中如何塑造自己的认识很少来自于对人类胚胎本身的研究,而是主要依赖于其他物种的发现,以及最近的工程人类胚胎模型的推断。例如,我们仍然不知道 肌动蛋白皮层的收缩性 是否在人类形态发生过程中发挥着类似的重要作用,肌动蛋白皮质是动物发育过程中的主要形态发生引擎。不幸的是,植入前发育构成了在活胚胎上进行实验的独特环境,可以为我们理解人类胚胎发育提供验证和突破。

人类的形态发生始于受精后第四天的压实,此时胚胎由8-16个细胞组成。在辅助生殖技术(ART)过程中进行体外受精(IVF)后,未能完全压实或压实延迟的胚胎在移植时的植入率较低,这说明了这一过程对进一步发育的重要性。此外,人类胚胎可以部分压实,单个细胞被排除在压实块之外。然而,导致人类胚胎压实失败的机制尚不清楚。







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