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小鼠胚胎细胞

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  • Cell Research|邓宏魁/李程等课题组合作利用小鼠二细胞胚胎建立具有形成类囊胚能力的新型全能性干细胞
    2022年5月4日,北京大学生命科学学院、生命联合中心邓宏魁课题组与李程课题组、北京大学医学部基础医学院徐君课题组在Cell Research杂志上发表了题为“Derivation of totipotent-like stem cells with blastocyst-like structure forming potential”的研究论文。该研究通过化学小分子筛选组合,建立了一个新的全能性干细胞培养条件,可以支持从小鼠二细胞胚胎及扩展型多能干细胞(EPS细胞)建立全能性干细胞系。这种新型全能性干细胞可在体外长期稳定培养,在分子特征和发育潜能上与小鼠二细胞胚胎高度相似,并且可以在体外被诱导形成在转录组水平上类似于体内囊胚的类囊胚结构。从左到右分别是李程、邓宏魁和徐君(来源:北京大学官网)如何在体外制备全能性干细胞,长期以来一直是干细胞领域的重要科学问题。在小鼠中,只有受精卵及二细胞胚胎具有全能性:单个细胞能够形成一个完整生命个体。随后发育形成的囊胚细胞可以被用于建立多潜能干细胞,滋养层干细胞及原始内胚层干细胞。然而,这些干细胞的发育潜能是受限的,无法同时发育到胚内和胚外组织。近年的研究发现:在小鼠多能干细胞群中存在极少量的表达小鼠二细胞胚胎分子标记MERVL的细胞,被称为二细胞样细胞(2-cell like cells),具有二细胞胚胎的部分分子特征(1)。然而,这种细胞无法在体外进行稳定的培养。此外,最近的研究发现,二细胞样细胞与体内二细胞胚胎仍存在较大差异,作为体外研究全能性的模型仍存在较大局限性(2)。北京大学邓宏魁团队长期以来致力于采用化学小分子调控的手段来建立调控干细胞的发育潜能的新方法(3-6)。2017年邓宏魁团队报道了一个新的小分子组合(LCDM),可以在人和小鼠中建立扩展型多能干细胞(EPS细胞)(4)。EPS细胞具有胚内胚外发育潜能,并且可以被诱导形成类囊胚(Blastoid)结构(7)。然而,与小鼠二细胞胚胎相比,这种细胞的分子特征与二细胞胚胎还有较大差异,细胞的胚外分化潜能也存在局限性,诱导获得的类囊胚结构中存在较高比例的中间态和中胚层样细胞(8)。最近北京大学杜鹏团队、中山大学王继厂团队等报道了全能性干细胞的诱导条件(9-10)。当前,如何直接自小鼠全能性胚胎建立全能性干细胞,仍是全能性干细胞研究的“金标准”。在本研究中,团队通过化学小分子高通量筛选,鉴定了能够在EPS细胞中诱导提高MERVL及Zscan4阳性细胞比例的化学小分子。通过进一步的组合优化,发现了一个可以将EPS细胞诱导为全能性干细胞的小分子组合CD1530,VPA,EPZ004777,CHIR 99021 (CPEC组合),诱导获得的全能性干细胞能长期稳定地在体外培养。更为重要的是,CPEC组合可以在体外支持从小鼠二细胞胚胎直接建立全能性干细胞系。研究者将由CPEC组合支持建立的全能性干细胞命名为全能潜能干细胞(totipotent potential stem cells, TPS细胞)。研究者进一步从转录组、表观特征、嵌合能力等多个方面深入分析了TPS细胞的分子特征和发育潜能。他们发现TPS细胞在单细胞水平上表达大量的全能性特征基因,并且下调了多能性的分子标记。进一步的单细胞转录组分析发现,TPS细胞群中存在一个在转录组水平与中期二细胞胚胎高度相似的细胞亚群(约10%)。他们定量分析了TPS细胞、杜鹏团队报道的TBLC中的全能干细胞亚群、二细胞样细胞与二细胞胚胎的转录组相似度,发现TPS细胞中的全能干细胞亚群与二细胞胚胎的相似程度是最高的。ATAC-seq和全基因组甲基化分析也表明:TPS细胞具备了二细胞胚胎的表观修饰特征。在发育潜能分析方面,他们通过在不同发育阶段的单细胞嵌合实验证明了:单个TPS细胞具备了同时向胚内和胚外发育的能力。为了严格证明TPS细胞在体内的胚外发育潜能,他们对E17.5的嵌合胎盘进行了单细胞转录组分析,结果表明TPS来源的细胞可以分化形成多种胚外滋养层细胞类型。并且,他们发现tdTomato标记的TPS细胞与有GFP标记的受体胚胎形成的嵌合胎盘中,存在大量的tdTomato单阳性嵌合细胞,高表达滋养层细胞的分子标记,排除了由细胞融合导致的假阳性可能。这些结果表明了TPS细胞具备了与二细胞胚胎相似的分子特征和发育潜能。自组装形成类囊胚结构的能力是评估细胞全能性最为关键的功能性标准之一。研究者证明了通过调控早期胚胎发育的信号通路,可诱导TPS细胞高效形成类囊胚结构。单细胞转录组分析表明,TPS诱导的类囊胚结构中存在与小鼠E4.5囊胚中类似的上胚层、滋养外胚层、原始内胚层细胞,并且在转录组水平上高度相似。通过转录组数据的定量分析,研究者进一步比较了TPS-类囊胚结构中的滋养层细胞、小鼠滋养层干细胞/多能干细胞组合诱导类囊胚中的滋养层细胞,发现TPS-类囊胚结构中的滋养层细胞更类似于着床前囊胚中的小鼠滋养外胚层细胞。并且,不同于EPS细胞诱导的类囊胚结构,TPS-类囊胚结构中并不存在大量的中间态细胞及中胚层样细胞。将TPS来源的类囊胚结构植入体内后,可以诱导蜕膜化反应,但是仍无法像正常囊胚那样发育成个体,提示诱导类囊胚的方案仍需优化。最后,研究者分析了CPEC组合在TPS细胞中诱导和调控全能性的分子机制。他们发现抑制HDAC1/2和Dot1L的活性、以及特异激活RARγ通路,对TPS细胞的诱导和维持具有重要作用。有趣的是,当用CPEC组合的小分子联合处理小鼠二细胞胚胎时,他们发现这些小分子处理能在一定程度上帮助维持小鼠胚胎中的全能性分子标记的表达。这些结果表明HDAC1/2、Dot1L、RARγ通路的协同调控对于小鼠全能性调控的重要作用。综上所述,该研究利用化学调控的方法从小鼠二细胞胚胎中建立了新型的全能性干细胞,该细胞具有与二细胞胚胎相似的分子特征及双向发育潜能,能够形成与体内着床前囊胚更相似的类囊胚结构。这一工作不仅为体外研究全能性提供了更为合适和可靠的模型,而且朝着在不同哺乳动物物种中利用全能性胚胎捕捉、维持全能性干细胞的目标迈出了重要的一步。邓宏魁教授,李程研究员,徐君研究员是这一研究成果的共同通讯作者。北京大学徐亚星,赵晶薷,任奕璇,王旭阳和吕钰麟为该研究成果的第一作者。本工作获得了生命科学联合中心、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等支持。
  • 《细胞》:科学家首次成功提取大鼠胚胎干细胞
    这将使科学家借助动物模型更方便地对人类顽疾进行研究   美国南加州大学一个科研小组12月24日宣布,他们首次成功地从大鼠胚胎中提取干细胞,这将使科学家借助动物模型更方便地对诸多人类顽疾进行研究。   英国科学家马丁埃文斯早在1981年就成功地从小鼠胚胎中提取出第一个小鼠胚胎干细胞。但大鼠胚胎干细胞的提取尚属首次。   研究负责人、华人科学家应其龙在新闻公报中说,这是干细胞研究领域的一项重大进展,“因为我们知道,与小鼠相比,大鼠在生物学的许多方面与人类更为相近”。应其龙认为,提取大鼠胚胎干细胞研究被证实可行之后,世界许多干细胞实验室的研究方向都将因此而改变。   此前,科研人员尝试提取大鼠胚胎干细胞都因为技术障碍宣告失败。此次,应其龙的科研小组采取了一种特殊的“信号阻断”方法,他们利用特殊的分子抑制大鼠胚胎中3个特定基因发出信号。正常情况下,这3个基因发出的信号是胚胎干细胞分化的“命令”。信号被阻断后,大鼠胚胎干细胞就能够“停下分化的脚步”,保持在原始胚胎阶段。   科研小组认为,能够提取大鼠胚胎干细胞,朝着今后科学家通过基因敲除技术人为地给大鼠胚胎剔除一个或多个基因、培养“定制”大鼠进行疾病研究又向前迈进了一步。   这一成果将发表在定于12月26日出版的《细胞》杂志上。
  • 安捷伦参与研究分析诱导成体细胞为胚胎干细胞的机制
    免疫共沉淀芯片和基因表达谱芯片 用于研究Yamanaka因子如何启动细胞多能干性 2009年3月9日,中国上海&mdash 安捷伦科技有限公司(NYSE: A)近日宣布与中科院上海生命科学研究院和同济大学的研究团队合作发现诱导成熟细胞成为具备&ldquo 多能干性&rdquo 的胚胎干样细胞过程中的新机制。 作为文章的合著人之一,安捷伦公司的李坚表示:&ldquo 有关胚胎干细胞生物学特性的新发现无疑是非常有价值的。有关诱导成体细胞为胚胎干样细胞的研究是2006年重大科学发现。我们的研究对这个诱导过程有了一些新的理解。&rdquo 该项研究结果发表在《细胞研究》(Cell Research),标题为《小鼠胚胎干细胞发育信号通路网络中Yamanaka因子的重要调控作用》。 研究人员发现了发育调控网络中的16个信号传导通路,其中的9个通路以往从未被报道参与维持或诱导细胞的多能干性。 该项研究使用了安捷伦公司的免疫共沉淀芯片技术(ChIP-on-chip)结合基因表达芯片数据研究了已知的Yamanaka因子在诱导小鼠细胞多能干性中的作用。 安捷伦通过2008年科研基金项目资助了基因芯片用于该项研究。基因芯片是指在玻璃基片上布放大量DNA探针用于研究基因组的技术。免疫共沉淀芯片技术专门用于研究基因组中&ldquo 启动子区域&rdquo 的特性,该区域控制着各种基因的活性从而决定了细胞的功能。 关于安捷伦科技 安捷伦科技(NYSE: A)是全球领先的测量公司,是通信、电子、生命科学和化学分析领域的技术领导者,公司的19,000名员工在110多个国家为客户服务。在2008财政年度,安捷伦的业务净收入为58亿美元。要了解安捷伦科技的信息,请访问: http://agilent.instrument.com.cn/
  • 人类胚胎着床过程首获解析 单细胞测序技术功不可没
    p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 8月22日,《Nature》杂志上登载了北京大学汤富酬与中国工程院院士、北医三院院长乔杰联合团队研究的突破性进展,利用体外模拟人类着床策略和高精度单细胞测序技术,系统解析了人类胚胎着床过程中的基因表达调控网络和DNA甲基化动态变化过程。 /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em text-indent: 0em margin-bottom: 10px " img title=" 微信截图_20190822101206.png" style=" max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 微信截图_20190822101206.png" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/68d79771-843c-4dbe-ab62-343a98901e60.jpg" / /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em text-indent: 0em margin-bottom: 10px " 人类胚胎体外模拟着床生长过程(图片来源于网络) /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " span style=" color: rgb(0, 176, 240) font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai font-size: 16px " 论文摘要: /span /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " span style=" color: rgb(0, 176, 240) font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai font-size: 16px " 胚胎着床是包括人类在内的哺乳动物发育过程中的里程碑事件,生理状态下超过半数以上的人类胚胎由于无法顺利着床导致不孕。既往研究通常使用小鼠和食蟹猴等模式生物对这一过程展开探索,然而调控围着床时期胚胎发育的分子机制和形态学变化特征在不同物种之间存在较大差异,这使得在小鼠等模式生物研究中获得的调控规律较难为人类胚胎发育研究提供有价值的线索。然而,由于人类胚胎着床发生在受精卵形成后一周左右的时间点,这使得研究者们无法获得生理状况下的这一发育阶段的人类胚胎。长期以来,这一人类关键发育阶段一直成为发育生物学研究的黑匣子。为了深入探讨这一过程中的分子动态规律,挖掘调控胚胎着床过程中的潜在分子机制,2019年7月,北大-清华生命联合中心汤富酬课题组携手乔杰课题组合作在Nature在线发表了题为Reconstituting the transcriptome and DNA methylome landscapes of human implantation的研究论文。结合体外模拟人类着床策略和高精度单细胞多组学测序技术(single-cell RNA-seq, single-cell Trio-seq2),首次利用单细胞转录组和DNA甲基化组图谱重构了人类胚胎着床过程,系统解析了这一关键发育过程中的基因表达调控网络和DNA甲基化动态变化过程。 /span /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 在此之前,汤富酬课题组和乔杰课题组长期紧密合作,致力于包括着床前胚胎在内的人类生殖系细胞发育过程中基因表达、表观遗传学调控特征和潜在的机制研究:利用单细胞转录组测序技术、微量细胞DNA甲基化组测序技术、单细胞DNA甲基化高通量测序技术、单细胞多组学测序技术(REF)等一系列单细胞技术对在此研究领域已取得多项研究成果。 /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 该课题主要依托的技术平台为北京大学生命科学仪器中心(成像平台)和北京大学高精尖中心高通量测序平台。 /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em text-indent: 0em margin-bottom: 10px " /p p style=" text-align: center " img title=" ICG官网-测序中心图片.jpg" style=" max-height: 100% max-width: 100% " alt=" ICG官网-测序中心图片.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/c0188744-623f-4c41-98af-4ea9f2bcf793.jpg" / /p p style=" text-align: center " 北京大学高精尖中心高通量测序平台(图片来源:ICG官网) /p
  • 重大突破!科学家用恒河猴的胚胎干细胞在体外分化出功能性精子细胞
    近日,有报道称,20世纪70年代男性平均每毫升精液有9900万个精子,到了2011年,这一数量降至4700万个,降幅高达53%。美国西奈山伊坎医学院环境医学和公共卫生学教授Shanna Swan因此预测,照这一趋势持续下去,到2045年时,男性或将“绝精”。这一说法是否耸人听闻我们还无法下结论,但男性不育症已成为一个全球性的健康问题。全世界至少15%的夫妇受到不孕不育的困扰,其中一半是男性。男性不育的原因包括遗传缺陷、环境毒剂、损伤或治疗后遗症,如碱化化疗。目前还没有治疗不育症的方法。近日,发表在《Fertility and Sterility Science》上的一项研究中,来自美国佐治亚大学领导的研究团队首次利用非人灵长类动物的胚胎干细胞在体外分化出功能性精子细胞。该研究是生殖和发育生物学领域的重大突破,有望在男性无法生成活精子的情况下治疗不育症。在此前的研究中,该研究团队、华东师范大学团队等已经证明利用小鼠干细胞分化出高级生精细胞的能力,但啮齿类动物精子的生成过程与人类截然不同。在这项工作开始之前,研究人员还不清楚这项技术能否应用于人类。由于恒河猴与人类具有相似的生殖机制,而且它们的精子发生在动力学上也与人类更类似,这使其成为探索基于干细胞技术的男性不育疗法的理想和必要模型。在这项新研究中,研究人员通过恒河猴实验首次表明功能性单倍体精子可以完全在体外从非人灵长类多能干细胞分化出来。这一结果代表了在体外生成雄性生殖细胞的重要一步。然而,研究人员表示仍存在一些问题。他们注意到精原干细胞介导的生殖细胞分化不会使TET3基因(通常在成熟精子中表达)表达提升到在恒河猴精子中观察到的水平。也就是说,生成的精子样细胞,就像灵长类动物体内的圆形精子一样,是不成熟的。因此,不能自行激活成熟的卵母细胞。为了克服受精这一障碍,研究人员发现,加入激活因子和纯化的TET3蛋白可以提高生成健康胚胎的效率。总之,这项研究证明了非人灵长类多能干细胞可以分化成生精细胞系,包括可以使非人灵长类卵母细胞受精并发育到囊胚阶段的精子样细胞,该研究还强调了一些减数分裂机制参与了在体外生成单倍体圆形精子细胞样细胞。研究人员表示,可以通过深入了解男性不育症患者精子发生停止的原因,来帮助弥合生殖和发育生物学领域的问题。该研究负责人、佐治亚大学公共卫生学院首席研究员Charles Easley教授说:“这项研究是表明干细胞技术具有可转化性的重要一步。我们正在使用一种与我们更近的物种进行研究,并且在创造健康胚胎方面我们已取得了成功。”今年秋天,研究人员计划进行下一个关键步骤,将这些胚胎植入代孕恒河猴体内,以检查这些体外生成的精子细胞是否能产生健康胚胎。如果这一步成功,研究团队将使用源自恒河猴皮肤细胞的精子样细胞复制这一过程。论文链接:https://www.fertstertscience.org/action/showPdf?pii=S2666-335X%2821%2900066-5
  • 英首次将人类胚胎干细胞用于三维打印
    据物理学家组织网报道,英国赫瑞瓦特大学和一家干细胞技术公司合作,开发出一种真空阀门式(valve-based)三维(3D)打印技术,首次将3D打印拓展到人类胚胎干细胞范围。这一突破使得利用人类胚胎干细胞来“打造”移植用人体组织和器官成为可能,打印结构还能用于药物测试,加速改良测试过程。相关论文发表在2月5日出版的《生物制造》杂志上。   近几年来,3D打印的方法已逐渐发展到生物制造领域。罗斯林塞拉博干细胞技术公司商业开发经理詹森金说:“通常,实验室培养细胞是在二维平面生长,只有少数细胞能用三维打印方式。人类干细胞太敏感,难以用这种方式来控制。我们是世界上首次将人类胚胎干细胞打印出来并进行培养的。”   打印过程中的关键问题是可控性和减少伤害,这样才能保证细胞与组织的发育能力和正常功能。人类胚胎干细胞来自胚胎早期阶段产生的“干细胞系”,没有明确的发育方向,可以分化为人体内任何类型的细胞。研究小组开发出了一种真空阀式细胞打印机,细胞被装入打印机的两个分离容器,然后按预先编好的程序,被统一打印到一个盘子上。该打印机充分考虑了人类胚胎干细胞的敏感性和脆弱性,能打印出具有高度活性的细胞。   当人类胚胎干细胞被打印出来以后,还要经过多项测试,如检测它们的活性,看其是否还能分化为不同类型细胞 检测细胞的打印密度、特征属性和分布情况,以此评价这种打印方法的精确性。   “我们发现,这种真空阀门打印方式非常温和,足以保持干细胞的发育能力,还能精确打出同样大小的球体。更重要的是,打印出来的人类胚胎干细胞保持了它们的多能性,还能分化成其他类型的细胞。”论文合著者、英国赫瑞瓦特大学的威尔文妙舒(音译)说:“该方法是用气压驱动来打印细胞,通过开关微真空管能控制气压,通过改变喷头直径、入口气压或打开真空管的时间可以精确控制喷出细胞的数量。”   舒还指出,通过打印人类胚胎干细胞生成的3D结构,我们能造出更精确的人体组织模型,这对药物开发、毒性测试都非常有用,因为大部分药物开发都是以人类疾病为目标,用人类组织来实验更有意义。   金表示:“这是一次科学的进步。我们希望这一进步能带来长期的巨大价值,为人们提供可靠的药物而不必用动物做药物试验,提供用于移植的器官而无需捐献,并能消除器官排斥和免疫抑制带来的问题。”
  • 干细胞模型再现人类胚胎早期发育
    据英国《自然》杂志2日发表的一项研究,科学家用人多能干细胞建立了一个模型,可用来研究人类胚胎植入子宫的过程。人胚状体(blastoid)是模拟早期人类胚胎的结构,在研究中能准确再现人类胚胎早期发育的关键阶段,包括黏附在体外子宫细胞上。该模型或有助于推进我们对人类发育早期阶段的认识,以及开发不孕不育的治疗方法或避孕药。  在受精后的一周内,人类胚胎会形成名为胚泡的细胞团,胚泡会植入子宫壁。准确模拟这一发育阶段的模型能支持对胚胎植入和早期发育的研究。利用干细胞构建胚泡的类似物是一种很有前景的方法,但此前的尝试遇到了瓶颈,比如会形成与胚泡不匹配的细胞。  此次,奥地利科学院分子生物技术研究所研究人员尼古拉斯利弗隆及其同事,利用人多能干细胞构建了人胚泡样结构(胚状体)。研究团队鉴定出3个信号通路,抑制它们就能得到有效模拟正常胚泡发育(成功率70%)和能形成正确细胞(成功率97%)的胚状体。  研究报告称,这种人胚状体能在体外特异性地黏附受激素刺激的子宫内膜细胞,让团队能重现直到第13天的围植入期发育过程。  由于该模型效率高、可扩展潜力大。研究人员认为,这种方法能为人类胚胎植入和发育研究提供重要帮助。  干细胞可揭示器官的形成机理,但此前这方面的研究,一直难以帮助我们更深入理解发育胚胎。通常来说,科学家试图培养本身没有干细胞的类器官时,都会用到多能干细胞这种更基本的干细胞类型。科学家既可以从人体胚胎中获得多能干细胞,也可将皮肤细胞或血细胞进行重编程进而培养出干细胞,然后诱导它们模仿特定器官的形成。  不过,这些结构或者说微型器官,通常只复制了真实器官的某些结构和功能而非全部。
  • 英国科学家造出优质胚胎干细胞
    (图片来源:英国《每日电讯报》网站)   英国科学家说,他们已经制取了质量一流的“金标”干细胞,这可能引发一波治疗退化性疾病的新方法。   英国《每日电讯报》周二(12月6日)报道称,取自人体胚胎的这些干细胞在明年年底前就可以提供给研究人员用于临床试验。相关论文发表在最新一期的《细胞治疗》杂志上。   研究人员说,此前在人体上进行的胚胎干细胞试验一直使用质量较低的“研究级”干细胞,它们是在经过处理后被重新定为“临床级”的,而新的干细胞在被捐赠出来的时候就具有“临床级”质量,不需要昂贵而又危险的转换过程。   英国伦敦大学国王学院的研究人员把这些干细胞捐给了英国干细胞库。这些干细胞将在这里进行检测,以确保它们安全无害,并且达到了可用于人体试验的质量。   国王学院研究团队的主要成员彼得布劳德说:“就再生医学而言,可以随时投入临床使用的干细胞是每个人都向往的‘圣杯’。”   《每日电讯报》报道称,这些干细胞取自由接受人工授精治疗的患者所捐献的针头大小的胚胎,它们对患者本人不再有任何用处,而且即使不捐献出来也会被扔掉。   更多阅读   英国《每日电讯报》相关报道(英文)
  • 以色列科学家发现胚胎干细胞分化机制
    以色列希伯来大学哈达沙医学院的分子生物学家霍华德• 塞达尔教授和癌症研究专家伯格曼教授,发现了使胚胎干细胞分化为不同组织和器官细胞的机制。   他们研究发现,胚胎干细胞分化过程受一个称为G9a基因的影响,该基因可使让胚胎干细胞分化为不同组织和器官的基因关闭,从而使其无法发挥作用。据认为,该研究成果对今后的干细胞治疗具有重要意义。   胚胎干细胞是早期胚胎中尚未分化的全能细胞,它们与成体细胞不同,具备发育为各种组织和器官的潜力。负责这项研究的塞达尔教授解释说,当胚胎在子宫中着床后,细胞的分化过程即开始了。此时,细胞内有两种控制机制发生作用,一种使细胞保持其全能状态的基因被关闭,另一种使细胞发育为肌肉等特定组织的基因被启动。胚胎干细胞一旦开始分化为不同的组织细胞,便失去其全能性。   目前,一些科学家用成体细胞培育干细胞取得了一定进展,但这项研究也面临较大难度,主要是成体细胞已经失去了胚胎干细胞的特有潜力,很难通过重组使其达到胚胎干细胞的程度。塞达尔教授的这项研究成果为今后干细胞治疗带来了新的希望。科学家将来或许可以利用胚胎干细胞分化机制培育出新的组织和器官,用于取代人体中的病变部分。
  • 我国科学家成功获得人体细胞克隆胚胎
    中广网济南2月2日消息 (记者 柴安东)山东省干细胞工程技术研究中心2月2日宣布,由这个中心李建远教授率领的科研团队,攻克人类胚胎克隆技术,成功克隆出5枚符合国际公认技术鉴定指标的人类囊胚。这一研究成果于2009年1月27日在这一领域国际权威学术期刊《CLONING AND STEM CELLS》杂志网络版发表。   在今天上午召开的“山东省干细胞工程技术研究中心、烟台毓璜顶医院成功获得人类体细胞克隆胚胎介绍会”上,李建元教授向与会专家、学者详细介绍了这一科研成果。据介绍,此次研究者选择了健康卵细胞志愿捐献者12人,经促排卵获得135枚卵细胞,经试验最终成功获取囊胚5枚,其中,4枚囊胚的供体细胞来源于正常人皮肤纤维细胞,1枚来源于帕金森病患者外周血淋巴细胞。   据介绍,李建元教授的研究团队主要采用先进的三维立体偏震光纺锤体成像系统(对细胞无损伤),对卵母细胞纺锤体(核DNA)精确定位后,再用微激光对卵子的透明带打孔,精确剔除卵子细胞核。通过核移植后所获得的囊胚进行DNA遗传多态性位点鉴定,不同细胞阶段克隆胚胎的供体与受体细胞浆中线粒体定量动态学分析和囊胚线粒体遗传多态性位点SNP鉴定。   李教授介绍说,他们掌握的这一先进技术不是为了制造克隆人,而是进行人类治疗性克隆研究,造福人类。   介绍会上,中国科学院动物研究所生殖生物学国家重点实验室首席研究员、我国著名动物克隆专家、中国首例克隆牛专家陈大元教授对这一成果给予高度评价。称该成果不只是应用人类纤维体细胞获得克隆胚胎,更重要的是应用帕金森病患者外周血的淋巴细胞作为供体细胞也成功获得囊胚,这使治疗性克隆研究向前迈进了一大步。   可以预见,不久的将来,目前各种无法治疗的疑难性疾病都有可能通过克隆胚胎提取到与病人遗传基因完全相同的全能型胚胎干细胞,用其衍生而来的全新的功能细胞、组织或器官,来取代病变的细胞、组织、器官,从而避免免疫排异反应的发生,从根本上解决组织器官移植中配型困难与供体不足等瓶颈问题。
  • 无锡将建全球性胚胎干细胞研发检测中心
    “5年内,无锡将建立一个全球性的胚胎干细胞研发中心、检测中心、移植中心、抗衰老中心和应用培训中心。这将为数以万计的肿瘤患者带来福音!”2月11日,江苏省人大代表、远东控股集团董事长蒋锡培向与会者介绍了胚胎干细胞的神奇之处,“我们家门口的一位老人心脏病很多年了,已经不能移植,不能搭桥,甚至不能吃药了,后来接受胚胎干细胞治疗,白了的头发重新变黑,所有心脏功能全部恢复了,真是很神奇啊!”   代表说,传统意义上治疗肿瘤等疾病,主要通过化疗和放疗。这是一种令病人非常痛苦、耗费巨大而成效也未必能尽如人意的方法。现在,有了胚胎干细胞技术,这在治病治疗上,是一项重大的历史性突破。
  • 小鼠原代海马神经元细胞的分离培养方法!
    小鼠原代海马神经元细胞的分离培养方法!海马体主要负责记忆和学习,日常生活中的短期记忆都储存在海马体中。神经元是构成神经系统结构和功能的基本单位。神经元具有长突起,由细胞体和细胞突起构成。小鼠海马神经元细胞的组织来源于实验小鼠的正常脑组织,因为海马神经元细胞类似于干细胞属于高分度分化的细胞特性,具有不能传代,不能增殖等特点,所有收到细胞后尽快使用。为了更好的服务于广大科研工作者,百欧博伟生物技术人员特提供了海马神经元细胞分离培养方法,技术因人而异仅供参考:1、试验所需仪器设备及试剂(1)仪器生物安全柜CO2细胞培养箱荧光倒置显微镜高速冷冻离心机电热恒温鼓风干燥箱(2)试剂耗材T25细胞培养瓶血球计数板细胞培养孔板红细胞裂解液神经元完全培养基0.25%胰蛋白酶(含0.02%EDTA)多聚甲醛(PFA)DAPITriton X-100山羊血清NSEGoat anti-Rabbit lgG(H+L)Cross-Adsorbed Secondary antibody,Alexa Fluor 594Fluoromount-G荧光封片剂2、分离培养方法1) 取1-10 d的新生小鼠。用75%的乙醇浸泡,2) 在冰浴的PBS中分离海马,PBS洗涤3次,剪碎,3) 用0.25% Trypsin + 0.1% Ⅰ型胶原酶37℃水浴振荡消化30min,4) 用FBS终止消化,轻轻吹打,5) 过100 μm 滤网,6) 收集滤液,300 g离心5 min,7) 用完全培养基重悬沉淀,铺瓶。3、免疫荧光3.1.实验步骤(1)细胞爬片取3片玻璃片于24孔板中,每孔加入培养基1mL,加入细胞0.02million个/孔。置培养箱2h或过夜。(2)固定细胞爬片后,吸出培养基,用PBS洗1遍,加入4% PFA于4℃固定30min。用PBS洗3×5min/次。也可最后一次不吸出PBS,放4℃过夜。(3)破膜封闭将玻片除去水分,置于培养皿支撑物上,玻璃片封闭液配置:0.5% Trition X-100与PBS 1:1混合,再加10% 血清,取50uL破膜封闭液滴于防水膜上,将玻片上有细胞的一面盖上2h。(4)一抗孵育一抗配制:抗体与PBS 1:100(200)稀释破膜封闭后,取50uL一抗于防水膜上(湿盒中),将玻片(有细胞的一面)盖上置于4℃(最多可放置一周)(5)二抗孵育室温避光孵育二抗(二抗:PBS=1:500)2h后,PBS洗3×5min/次,染DAPI(DAPI:PBS=1:1000)5min,PBS洗3×5min/次。(6)包埋玻片上各滴1滴Fluoromount-G,将有细胞的一面盖上。鉴定细胞为P1代细胞3.2.检测结果(1)细胞免疫荧光鉴定照片阴性100X-DAPINSE100X-DAPI(2)检验基本情况:经免疫荧光鉴定,该细胞纯度达到90%以上。除了上述的细胞分离方法以外,百欧博伟还有很多关于其他细胞的分离方法,想要学习的小伙伴可以来百欧博伟进行现场学习,如果想要其他原代分离培养方法,可打电话或咨询相关技术人员哦。
  • 我国学者利用谱系示踪技术揭示胚胎期冠状动脉的起源
    4月8日,国际学术期刊Circulation Research(《循环研究》)在线发表了中国科学院上海生命科学研究院营养科学研究所周斌研究组的最新研究成果“Endocardium minimally contributes to coronary endothelium in the embryonic ventricular free walls”。该研究利用遗传谱系示踪技术发现胚胎期心脏壁上的冠状血管起源于静脉窦而非心室心内膜,从而揭示了心血管研究领域内长期存在的争论性问题,为研究冠状血管的发生发育与再生治疗提供了理论基础。  心血管领域关于胚胎期冠状血管的起源一直存在争论,静脉窦和心室心内膜是最主要也是最具争议的两个起源。周斌组通过利用传统的心内膜标记基因Nfatc1构建了Nfatc1-Cre等工具小鼠,并对心室心内膜进行了谱系示踪实验。研究发现,虽然Nfatc1-Cre可以标记上大量冠状血管,但Nfatc1基因并不仅仅表达在心室心内膜,还表达在胚胎早期的静脉窦内皮细胞中。由此,研究人员对冠状血管的心室心内膜起源提出了质疑。  为了对心室心内膜实现特异性标记,周斌组等研究人员利用单细胞实时定量PCR、原位杂交实验等技术,发现并鉴定了特异性表达在心室心内膜的基因Npr3。通过构建Npr3-CreER等工具小鼠,对心室心内膜开展谱系示踪实验发现,心室心内膜很少贡献到胚胎期冠状血管。通过多种工具小鼠实验,进一步证实静脉窦内皮细胞很可能是胚胎期冠状血管的主要来源。  心内膜细胞和冠状血管内皮细胞虽都是内皮细胞,但两者的基因表达存在很大差异。在该课题中,研究人员还利用多种工具小鼠,分离出了胚胎期心内膜细胞和冠状血管内皮细胞,通过RNA-sequencing实验发现并鉴定出了一系列特异性表达在心内膜细胞或冠状血管内皮细胞上的基因,这对心血管领域内的后续研究具有重要意义。  该课题由张辉在研究员周斌的指导下完成,并得到了合作者斯坦福大学教授Sean M. Wu和南加州大学教授Henry M. Sucov的帮助。该工作得到了中科院、国家科技部、基金委、中组部、上海市科委等经费支持。 文章链接心内膜来源的细胞(红色)很少形成胚胎期心脏壁的冠状血管(绿色)。蓝色为细胞核。
  • 杨扬/韩华团队成功开发小鼠听觉皮层亚细胞结构的三维电镜重构算法
    2022年8月,上海科技大学生命科学与技术学院杨扬团队与中国科学院自动化研究所韩华团队合作,在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports上以长文形式发表了题为“Fear memory-associated synaptic and mitochondrial changes revealed by deep learning-based processing of electron microscopy data”的研究论文,该研究通过对恐惧学习小鼠听觉皮层突触的三维电镜重建和大规模比较分析,探究了小鼠听觉皮层中与恐惧记忆相关的神经元突触等亚细胞结构的变化情况,并用模型分析方法揭示了突触连接模式变化引起的信息存储容量的大幅提升。中国科学院自动化研究所刘静助理研究员、上海科技大学生命科学与技术学院漆俊倩博士、中国科学院自动化研究所陈曦研究员和李贞辰博士生为本文的共同第一作者,杨扬研究员、韩华研究员、谢启伟教授为本文的共同通讯作者。大脑中的神经网络由神经元通过复杂的突触连接构成,神经元编码、处理和存储信息从根本上依赖于突触的连接模式以及在此基础之上的协调活动,解析突触的连接模式对理解大脑的结构与功能至关重要。在哺乳类动物大脑中,除了由单个轴突小结(axonal bouton)与单个树突棘(dendritic spine)形成的1-1型连接,即单位点突触连接外,大脑中的突触连接模式还包括由单个轴突小结与多个树突棘形成的1-N型连接,或多个轴突小结与单个树突棘的N-1型连接,统称为多位点突触(multiple-contact synapses,MCS)。此前,已有很多研究通过光学显微镜发现学习记忆可以改变突触的组织结构,由于突触间隙宽度仅有几十纳米(低于一般光学显微镜的衍射极限),因此在光学显微镜下观察突触结构的精细变化非常困难。与此同时,突触三维结构的光学数据获取和分析高度依赖于人工,更是极大限制了突触结构的重建数量和分析规模。为探究学习记忆如何促进突触多位点连接模式的形成及效果,本项研究以经典的听觉条件恐惧学习(auditory fear conditioning)为范式设置了实验组和对照组,基于大规模序列电子显微镜成像技术和深度学习识别模型,实现了电镜图像中多种亚细胞三维结构的自动提取,重构了小鼠听觉皮层135,000个线粒体和160,000个突触。实验组和对照组的大规模对比分析表明,尽管恐惧学习训练没有改变突触的空间密度与空间分布,却特异性地增加了1-N型突触的比例。进一步分析发现,绝大多数1-N型突触中的树突棘来自不同树突主干,并且这种多树突1-N型突触在神经元网络中能够起到信号广播的作用。为了进一步分析多树突1-N型突触的信息编码能力,本项研究建立了基于香农信息熵来计算突触信息存储容量(information storage capacity,ISC)的组合数学模型。在无新增突触的静态网络和包含新增突触的可塑性动态网络两种条件下,分别计算了引入多树突1-N型突触的ISC增量。在静态网络中,引入此类突触只是略微增加了ISC容量,而在动态可塑性网络中,此类突触将信息存储容量显著提高了50%。综上,基于序列电子显微镜成像技术和深度学习计算方法,研究者开发了小鼠听觉皮层亚细胞结构的三维电镜重构算法,自动重建精度可以满足大规模分析的精度需求,有效地节省了人工校验时间消耗,极大提高了分析效率。大规模电镜重构和对比分析结果在亚细胞水平揭示了学习记忆对大脑皮层突触、线粒体的组织结构和连接模式的影响,为类脑计算仿生模型的精确建模提供了结构基础和启发依据。图:(上左)听觉条件恐惧学习的对照组和实验组。(上右)轴突小结与树突棘替换或增加的示意图。(中左)不同突触连接模式的电镜图像及三维重构结果。1-N型突触由单个轴突小结与多个树突棘形成,N-1型突触由多个轴突小结与单个树突棘形成。(中右)不同突触连接模式示意图。绿色:树突;蓝色:轴突。(下左)密集重构揭示绝大多数1-N型突触中的树突棘来自不同树突主干。(下右)无新增突触的静态网络和包含新增突触的可塑性动态网络。该研究获得了国家科技创新2030重大项目、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、北京市科技计划的经费支持。作者专访Cell Press细胞出版社公众号特别邀请杨扬研究员、刘静博士和韩华研究员代表研究团队接受了专访,请他们为大家进一步详细解读。CellPress:过去也有基于电镜图像重构来探究突触和线粒体的研究报道,有的还完成了更大规模的密集重构。本文的方法和思路与过去的研究有何不同?杨扬研究员:电镜图像的密集重构对运算量的要求很高,工作量极大。而本文所使用的方法可以在不做密集重构的前提下,选择性识别和分割出研究者感兴趣的亚细胞结构,如本文关注的突触、线粒体,也可以推广到其他有特殊结构的细胞器。已有的突触或线粒体的自动重构算法多是像素或体素分割模型,也就是将图像中的像素或体素分类成前景或者背景。本文所使用的region-based卷积神经网络是一种实例分割网络,可端到端的完成目标实例的检测和分割。另外,针对强各向异性的序列电镜数据,本文提出一种2D到3D的重构方法,首先在2D上识别和分割亚细胞结构,随后应用3D连接算法完成3D的重构。这种方式可有效避免直接应用3D卷积神经网络带来的目标尺度在特征空间和图像空间不一致的问题。CellPress:多位点突触是一个新的概念吗?本文对此类突触的研究有何特别之处?杨扬研究员:一个突触前轴突小结与多个突触后树突棘形成的1-N多位点突触,和多个突触前轴突小结与一个突触后树突棘形成的N-1多位点突触,在过去的文献中都有过报道。但限于电镜图像人工识别的效率,过去的工作未能对这种特殊突触进行大规模的定量研究。本文通过基于机器学习的自动识别与重构算法实现了这一突破。此外,连接同一个多位点突触中的多个树突棘是来自同一根树突还是不同树突,代表了两种不同的神经元连接方式:前者仍是1对1的神经元连接,后者则是1个神经元对多个神经元的信息广播。本文通过密集重构,首次对这两类多位点突触进行了区分和定量,并发现后者在大脑皮层中,特别是学习之后占据了绝大多数,提示这种连接可能表征了大脑中突触层面的记忆痕迹。CellPress:人工智能算法在这个研究中发挥着怎样的作用?刘静博士、韩华研究员:近年来,人工智能算法已经深入应用到生命科学领域,加速甚至革新了生物学的研究进程。在连接组(Connectomics)领域,面对海量的高分辨电镜数据,借助人工智能算法绘制神经元的线路图是一个必不可少的环节。在本文中,我们设计了一套深度学习算法工具集,可以自动识别序列电镜图像中神经元、突触以及线粒体并恢复其三维形态。深度学习算法的应用大大提高了识别效率,将人从大量冗余复杂的标注工作中解放出来,加速了研究进程。CellPress:可否用简要的语言解释文中所提及的突触连接静态网络和动态网络,两者最核心的区别是什么?具有何种生物学意义?刘静博士、韩华研究员:突触连接网络是指根据神经元的几何拓扑特征来模拟突触连接模式的一种建模方式。其中,静态模型中仅考虑稳定的突触连接,假设没有新突触的形成或旧突触的消亡,本文使用信息熵定义静态网络的信息存储容量。而动态模型则将突触可塑性引入到网络中,允许新突触的形成,本文使用信息熵的增益表示新突触形成带来的信息存储容量的增加。动态模型通过模拟突触可塑性,与真实的大脑神经网络更为相似。CellPress:您认为该项研究对类脑计算有什么启发吗?刘静博士、韩华研究员:类脑智能(Brain-inspired Intelligence)本身就是通过模仿和借鉴人类神经系统的工作原理以构建新型的计算结构和智能形态。然而,目前人对大脑的生理机制还知之甚少。类脑研究的第一步就是要理解大脑,突触作为神经元连接的桥梁,是大脑中最重要的结构之一。突触的可塑性(synaptic plasticity)被认为与长时程记忆(long-term memory)有关。本文通过恐惧学习实验范式和电镜成像技术,发现了恐惧记忆能促进小鼠听觉皮层中一种特殊的1-N突触连接模式的形成,且这种连接模式大大增强了局部环路的信息编码能力。本研究中发现的这种局部神经环路信息传递模式或许能够作为一种记忆存储模块启发新型的类脑计算模型。作者介绍谢启伟教授谢启伟,北京工业大学现代制造业基地教授研究兴趣、领域:数据挖掘、图像处理和复杂系统智能;应用图像处理、机器学习和深度学习等方法研究基于电镜数据的神经元重建,集中于神经元电镜图像的前处理、超体素分割、图融合后处理等方法的研究,为神经科学提供有力工具,期待从脑的结构中挖掘出智能的本源。韩华研究员韩华,中国科学院自动化所研究员研究兴趣、领域:高通量显微成像技术产生海量影像数据,如何重构数据、分析数据、可视数据等已成为脑科学与类脑研究领域的重大挑战。我们致力于建立我国微观脑图谱的高通量技术体系和自主可控技术平台,持续突破大体块神经组织样品制备、长时程超薄切片连续收集、高通量扫描电镜三维成像、高精度神经结构三维重建等关键技术,开展多个百TB规模的微观脑图谱绘制工程,为构建类脑计算仿真提供生物真实网络和仿生建模依据。杨扬研究员杨扬,上海科技大学生命科学与技术学院助理教授、研究员研究兴趣、领域:以条件恐惧学习和增强式学习为行为范式,使用在体双光子成像、双光子全息光遗传、电镜、电生理等技术,研究与学习记忆相关的神经环路活动性和可塑性,及神经调制系统在其中所起的作用。
  • 明美1250万像素高分辨率相机助力小鼠贴壁细胞观察
    近日,为了提高医院医疗水平,进一步规划和凝练医疗方向,深州市人民医院对小鼠细胞的观察效果提出了更高的要求。明美专业工程师经过详细的沟通了解,针对博士的特殊需求,为其推荐了明美生物倒置显微镜mi52搭配研究级1250万高像素显微数码相机msx2的组合方案,并免费提供专业的样机演示服务,展现了明美在显微成像领域的专业素养。此次项目中,博士需要观察的是小鼠细胞中的贴壁细胞,这种细胞在培养过程中,必须有可以贴附的支持物表面,其依靠自身分泌或培养基中的贴附因子才能在该表面生长增殖,因此,对观察使用的显微成像产品要求极高。通过明美专业工程师的多次沟通,以及产品推荐使用,最终选定使用明美生物倒置显微镜mi52搭配研究级显微数码相机msx2来进行观察研究。msx2是明美最新研发的1250万高像素科研级数字相机,采用1英寸大靶面高性能的成像芯片,设计usb3.0数据传输接口,具有高分辨率、颜色还原准确和高灵敏度的特点,其优秀的色彩表现,是液基细胞分析、免疫组化、骨髓细胞分析等对颜色要求高的病理诊断的理想工具。此外在明暗场、相衬、偏光、dic、荧光成像等领域同样表现出色。下图为使用明美生物倒置显微镜mi52与研究级显微数码相机msx2、ms60进行观察: 下图为明美生物倒置显微镜mi52与研究级显微数码相机ms60镜头下的小鼠细胞图片: 下图为明美生物倒置显微镜mi52与研究级显微数码相机msx2镜头下的小鼠细胞图片: 使用机型:明美生物倒置显微镜mi52 研究级显微数码相机msx2。
  • 广州开发区黄埔化妆品产业协会批准发布《化妆品舒缓功效 - 斑马鱼胚胎中性粒细胞测试方法》团体标准
    各有关单位:根据《广州开发区黄埔化妆品产业协会团体标准化管理办法》的规定,由水中银(国际)生物科技有限公司提出,广州开发区黄埔化妆品产业协会归口,云南贝泰妮生物科技集团股份有限公司、广州环亚化妆品科技股份有限公司、南方美谷(广州)集团有限公司、广州医药研究总院有限公司、珀莱雅化妆品股份有限公司、上海上水和肌生物科技有限公司、仁和全域(上海)大健康研究院有限公司、美出莱(杭州)化妆品有限责任公司、广东伊丽汇美容科技有限公司、苏州蜜思肤化妆品股份有限公司、广州銮滢化妆品有限公司、广东省保化检测中心有限公司、水中银(国际)生物科技有限公司、广东省人民医院、广东省实验动物监测所、广州质量监督检测研究院、广东药科大学、清华珠三角研究院生物检测大数据研发中心、广州市度普化妆品科学研究院、广州市络捷生物科技有限公司、广州海山生物科技有限公司、清保(广州)生物科技有限公司等多家单位共同起草的T/HPCIA 003—2023《化妆品舒缓功效 - 斑马鱼胚胎中性粒细胞测试方法》团体标准,经协会组织专家审查,现予以12月15日批准发布。 广州开发区黄埔化妆品产业协会2023年12月15日附件:20231215关于发布《化妆品舒缓功效 - 斑马鱼胚胎中性粒细胞测试方法》团体标准的公告.pdf
  • Nature!庄小威团队利用MERFISH技术绘制小鼠全大脑分子可定义和高空间分辨的细胞图谱
    在哺乳动物的大脑中,许多不同类型细胞形成复杂的相互作用网络,从而实现广泛的功能。由于细胞的多样性和复杂的组织,人们对大脑功能的分子和细胞基础的理解受到了阻碍。单细胞RNA测序(scRNA-seq)和单细胞表观基因组分析的发展使发现大脑中许多分子上不同的细胞类型成为可能[1,2]。然而,这些研究中有限的样本量可能导致对大脑细胞多样性的低估。此外,了解大脑功能背后的分子和细胞机制不仅需要对细胞及其分子特征进行全面的分类,还需要详细描述分子定义的细胞类型的空间组织和相互作用。在更精细的尺度上,细胞之间的空间关系是通过相邻分泌和旁分泌信号传递的细胞间相互作用和通信的主要决定因素。虽然突触通信可以发生在细胞体相距较远的神经元之间,但神经元和非神经元细胞之间的相互作用以及非神经元细胞之间的相互作用通常借助直接的体细胞接触或旁分泌信号,因此需要细胞之间的空间接近。而且涉及局部中间神经元的相互作用也倾向于发生在空间近端神经元之间。因此,一个高空间分辨率的全脑细胞图谱对于理解大脑的功能极其重要。来自美国哈佛大学的庄小威教授课题组使用多重误差鲁棒荧光原位杂交(MERFISH)技术对整个成年小鼠大脑中大约1000万个细胞中的1100多个基因进行了成像,并通过整合MERFISH和scRNA-seq数据,在全转录组尺度上进行了空间分辨的单细胞表达谱分析。研究人员在整个小鼠大脑中生成了5000多个转录不同的细胞簇(属于300多种主要细胞类型)的综合细胞图谱,将该图谱与小鼠大脑共同坐标框架进行定位,可以系统量化单个大脑区域的细胞类型组成和组织,并进一步确定了具有不同细胞类型组成特征的空间模块和以细胞渐变为特征的空间梯度。这种高分辨率的细胞空间图—每个细胞都具有转录组表达谱,有助于推断数百种细胞类型对之间的细胞类型特异性相互作用和预测这些细胞-细胞相互作用的分子(配体-受体)基础和功能。总之,此研究不仅为大脑的分子和细胞结构提供了丰富的见解,而且为其在健康和疾病中的神经回路和功能障碍奠定了基础。该结果于近日发表在Nature上,题为“Molecularly defined and spatially resolved cell atlas of the whole mouse brain”。研究小组通过MERFISH技术对横跨4只成年小鼠(1雌3雄)大脑整个半球的245个冠状面和矢状面切片上进行成像,根据DAPI和总RNA信号,单个RNA分子被识别并被分配到细胞,进而得到单个细胞的表达谱。总之,该研究对成年小鼠大脑中大约1000万个细胞进行成像和分割,包括11个主要的大脑区域:嗅觉区、等皮层(CTX)、海马形成、皮质底板(CS)、纹状体(ST)、苍白球、丘脑、下丘脑(HT)、中脑、后脑和小脑。基于典型相关性分析整合MERFISH数据和scRNA-seq数据,采用K最近邻(k-NearestNeighbor,KNN)分类算法对MERFISH细胞进行分类。为了对不同大脑区域的细胞类型组成和组织进行系统定量,他们将MERFISH生成的细胞图谱注册到艾伦脑科学研究所发布的小鼠脑三维图谱第三版(Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework,CCFv3)[3],可将每个单独的MERFISH成像细胞及其细胞类型身份标签放入3D CCF空间(图1)。图1 对整个小鼠大脑的分子定义和空间分辨的细胞图谱(图源:Zhang, M., et al.. Nature, 2023)据统计,整个小鼠大脑由46%的神经元和54%的非神经元细胞组成,神经元细胞与非神经元细胞的比例在后脑中最低、在小脑中最高。神经元细胞包括315个亚类和超过5000个集群,其类型也表现出很强的区域特异性,大多数神经元亚类仅在11个主要区域中的一个区域富集。这11个主要区域包含了不同数量的细胞类型,尤其是后脑、中脑和下丘脑所包含的神经元细胞类型的数量以及局部复杂性远远高于其它大脑区域。基于神经递质转运体和参与神经递质生物合成相关基因的表达,他们将成熟的神经元分为8个部分重叠的组别。其中,谷氨酸能神经元和γ-氨基丁酸(GABA)能神经元分别约占神经元总数的63%和36%,谷氨酸能与GABA能神经元的比例在不同的大脑区域中差异很大,而5-羟色胺(5-HT)能、多巴胺能、类胆碱能、甘氨酸能、去甲肾上腺素能和组胺能神经元仅占神经元总数的2%(图2c)。谷氨酸能神经元和GABA能神经元广泛分布于全脑,可分为具有不同空间分布的不同细胞类型;在谷氨酸能神经元中,Slc17a7(Vglut1)、Slc17a6(Vglut2)和Slc17a8(Vglut3)在不同的脑区分布存在差异,Slc17a7主要位于嗅觉区、CTX、海马形成、CS和小脑皮层,而Slc17a6主要位于HT、中脑和后脑(图2d,e)。他们还观察到两个未成熟神经元(IMNs)亚类:一种是抑制性的,一种是兴奋性。抑制性IMNs由30个簇组成,沿脑室下区(SVZ)分布,通过前连合处延伸至嗅球;兴奋性IMNs由七个簇组成:簇516主要位于嗅觉区域,而其它簇沿海马体形成的齿状回分布(图2f),这与之前关于海马形成中成人神经发生的发现一致[4]。图2 神经元细胞的类型和空间分布(图源:Zhang, M., et al.. Nature, 2023)非神经元细胞包括23个亚类和117个簇。通过量化,研究小组发现在整个大脑中,非神经元细胞由30%少突胶质细胞、6%少突胶质细胞前体细胞(OPCs)、28%血管细胞、23%星形胶质细胞、8%免疫细胞和5%其它类型细胞组成。一些非神经元细胞类型,特别是星形胶质细胞和心室系统中的细胞也表现出很强的区域特异性。星形胶质细胞包括36个细胞簇,最大的两个集群Astro 5225和Astro 5214,分别占星形胶质细胞总数的48%和33%。基本上每个Astro星团都显示出独特的空间分布,Astro 5225只位于端脑区,Astro 5214只位于非端脑区,Astro 5215位于丘脑,Astro 5216位于后脑,Astro5231-5236位于嗅球,Astro 5207位于小脑,Astro 5222位于齿状回,Astro 5208富集于靠近软脑膜表面的髓质,Astro 5228、5229和5230位于SVZ沿线,延伸至嗅球,并与抑制性IMNs广泛共定位(图3d)。少突胶质细胞在纤维束中富集,在整个脑干中十分丰富,而OPCs则均匀分布地整个大脑;在集群水平上,一些少突胶质细胞和OPCs也表现出区域特异性,如Oligo 5277在皮层中富集,而Oligo 5286在后脑中富集(图3e)。与心室系统相关的细胞也呈现区域特异性分布,在第三脑室,下丘脑室管膜—胶质细胞位于腹侧区域,而ependymal细胞占据背侧区域,Hypendymal细胞位于第三脑室背侧的下联合器,心室内的主要细胞是脉络膜丛细胞和血管软脑膜细胞(VLMCs)。除了VLMC 5301和VLMC 5302,大多数VLMC集群被限制在软脑膜(图3f)。图3 非神经元细胞的类型和空间分布(图源:Zhang, M., et al.. Nature, 2023)接下来,研究团队为每个细胞定义了一个局部细胞类型的组分矢量,并使用这些矢量聚类细胞,从而得到了包含相似邻域细胞类型组成的细胞的“空间模块”(图4a)。他们确定了16个一级空间模块和130个二级空间模块,一级空间模块将大脑分割成与CCF中定义的主要大脑区域基本相吻合的区域,一个显著的差异是中脑和后脑之间的边界(图4b,c)。许多2级空间的模块与CCF中定义的子区域一致,但观察到更多的差异(图4d)。此研究中的空间模块描述是基于单个细胞的转录组范围内的表达谱所定义的细胞类型,因此比CCF中脑区描述的信息具有更高的分子分辨率,空间梯度代表了对该区域的分子轮廓的更精确的描述。图4 空间模块:分子定义的大脑区域(图源:Zhang, M., et al.. Nature, 2023)考虑到在某些情况下,细胞的基因表达谱可能会表现出渐进或连续的变化,他们因此检查了所有的细胞亚类,结果发现细胞的空间梯度广泛分布在大脑的许多区域。例如,颅内(IT)神经元在整个CTX上形成了一个连续的梯度,在这个区域,基因表达沿皮层深度方向逐渐变化,但第2/3层IT神经元的分离更为明显(图5a)。在纹状体中,D1和D2中棘神经元均沿背外侧-腹内侧轴形成空间梯度(图5b,c)。在外侧间隔复合体(LSX)中,几个GABA能亚类沿着背腹轴形成了一个梯度(图5d)。在海马体的CA1、CA3和齿状回区域和中脑的下丘中也观察到空间梯度。他们也观察到了一些非神经元细胞之间的空间梯度,如下丘脑室管膜—胶质细胞,沿着第三脑室的背腹轴形成了一个连续的梯度(图5e)。通过基于UMAP(一致的多方面逼近和投影以进行降维)的基因表达可视化分析,他们发现一个大规模的跨越HT、中脑和后脑区域的空间梯度(图5f)。图5 分子定义的细胞类型的空间梯度(图源:Zhang, M., et al.. Nature, 2023)最后,他们分析了亚类水平上的细胞类型,并推断单个大脑区域中细胞类型特异性的细胞-细胞相互作用(包括非神经元细胞间,非神经元细胞和神经元之间以及神经元间)。几百对细胞亚类被确定,统计学结果显示有显著的相互作用。预测的大多数具有相互作用的细胞类型对包含多个配体-受体对,与同一细胞类型对中的非近端细胞对相比,近端细胞对的表达显著上调,为这些细胞间相互作用的分子基础提供了见解。在非神经元细胞之间,发现内皮细胞和周细胞均与大脑中的边缘相关巨噬细胞(BAMs)、巨噬细胞有显著的相互作用。在这两种情况下,与非近端细胞对相比,来自层粘连蛋白信号通路的配体-受体对在近端细胞对中均明显上调,一些细胞因子(内皮细胞中的Cytl1和周细胞中的Ccl19)在BAMs近端血管细胞中表达上调,这说明大脑中的血管细胞可能利用这些细胞因子来招募巨噬细胞(图6d,e)。小胶质细胞也被发现与内皮细胞、周细胞之间的显著相互作用;与内皮细胞相比,周细胞与小胶质细胞相互作用的可能性更高,而与BAMs相互作用的趋势则相反(图6f,g)。他们还观察到神经元和非神经元细胞之间的显著相互作用,例如星形胶质细胞和抑制性IMNs在嗅球中、星形胶质细胞和兴奋性IMNs在海马形成中表现出显著的相互作用。此分析也预测了一些神经元亚类之间的相互作用,例如,海马形成过程中Pvalb枝形吊灯状GABA神经元和CA3谷氨酸能神经元之间、IPN Otp Crisp1 GABA神经元和中脑的DTN-LDT-IPN Otp Pax3 GABA神经元之间的相互作用。图6 细胞间的相互作用和通信(图源:Zhang, M., et al.. Nature, 2023)文章结论与讨论,启发与展望通过MERFISH技术成像约1000万个细胞,并将MERFISH数据与全脑scRNA-seq数据集整合,该研究生成了一个具有高分子和空间分辨率的、横跨整个小鼠大脑的分子定义的细胞图谱。进一步将该图谱注册到了艾伦脑科学研究所发布的CCF中,提供了一个可被科学界广泛使用的参考细胞图谱,使科研人员能够确定每个大脑区域不同转录细胞类型的组成、空间组织和潜在的相互作用。一方面,非神经元细胞与神经元细胞或非神经元细胞之间的相互作用,以及配体-受体对、基因的相关上调,为测试不同非神经元细胞类型的功能作用提供了切入点。另一方面,将转录组成像与不同行为范式下的神经元活动成像相结合可以揭示神经元的功能角色[5]。未来的研究将结合空间分辨的转录组学分析和各种其它特性的测量(如表观基因组谱、形态学、细胞的连通性和功能、系统的基因扰动方法),将有助于大家阐述大脑的分子和细胞结构的功能和功能障碍在健康和疾病中的作用。MERFISH(Multiplexed Error-Robust Fluorescence In Situ Hybridization),一种空间分辨的单细胞转录组学方法,经过近年的发展已成为生命科学领域中最具有前景的单细胞测序技术之一。该技术独特的原理和方法,可实现对单细胞进行多重靶向探测,从而深入研究细胞的生物学特性,对于疾病诊治及药物研发等方面也有着广泛的应用价值。
  • 昆明动物所揭示多能干细胞维持基因组稳态新机制
    多能干细胞是个体发育的基础,也是再生医学的重要种子细胞之一。由于发育地位特殊,多能干细胞基因组具高度稳态(如小鼠胚胎干细胞的基因组变异率仅为胚胎成纤维细胞的1/100)。尽管多能干细胞较分化细胞具更强的基因组稳态维持能力,大量扩增培养、持续的DNA复制及特殊的细胞周期往往导致基因组变异,破坏其分化潜能,并产生致瘤风险,成为多能干细胞走向临床应用的首要障碍。研究多能干细胞维持基因组稳态的特殊机制,有助于解决应用中大量扩增培养产生的基因组变异难题,并能为体内胚胎发育失败或缺陷研究提供新思路。  中国科学院昆明动物研究所研究员郑萍课题组长期研究多能干细胞基因组稳态特征和独特调控机制。在前期工作中,鉴定了多能干细胞基因组稳态特异关键调控蛋白因子Filia和Floped,并阐述了其作用机制及体内重要生理功能(Cell Stem Cell 2015,16(6):684-698;Cell Research 2018,28(1):69-89;PLoS Biology 2019,17(10):e3000468;Science Advances 2020,6:eaba0682)。  长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)能通过相变,和蛋白因子形成condensates,有效增强蛋白因子浓度,从而显著提高工作效率。研究人员推测,多能干细胞很可能存在一些特异表达的lncRNAs,在其高效调控基因组稳态中起重要作用。为此,该研究对小鼠胚胎干细胞进行不同种类的DNA损伤处理,结合RNA-seq分析,筛选到了10多个表达响应损伤处理的干细胞特异lncRNA。针对其中1个尚未注释、表达变化最为显著且具物种保守性的lncRNA(命名为Discn,DNA damage-induced stem cell specific noncoding RNA)进行了深入的功能和机制分析。发现Discn对维持多能干细胞基因组稳定性至关重要,并揭示了其作用机制。Discn定位于核仁,和核仁蛋白NCL结合,阻止NCL在DNA损伤情况下迁移到核质和RPA形成蛋白复合体,从而增强自由RPA含量。自由存在的RPA是DNA代谢(复制、修复和重组)的关键调控因子。因此,Discn-NCL-RPA轴能高效调控DNA复制和修复。Discn也广泛表达于神经干细胞、精原干细胞等成体干细胞中,提示其有重要生理功能。研究人员还构建了Discn基因敲除小鼠,发现Discn基因敲除可导致新生致死及神经发育异常,这些表型主要是由体内DNA损伤产生的严重炎症反应引起。该研究揭示了多能干细胞中lncRNA介导的基因组稳态调控新机制,研究结果以A novel lncRNA Discn fine-tunes replication protein A (RPA) availability to promote genomic stability为题,于近日发表在Nature Communications上。  该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划的资助。   论文链接
  • MIT2018全球十大突破性技术揭晓 “人造胚胎”、“基因占卜”入选
    p   自2001年以来,《麻省理工科技评论》(MIT)每年都会评选出10项突破性技术。对于“突破”一词到底如何定义?MIT编辑部表示,可能我们的TOP10里面有一些技术尚未得到广泛的应用,而另外的一些已经处于商业化的顶端。我们真正想要的是一种技术,或者说是一种技术的集合,它能够对人们的生活产生深远的影响。今天,MIT公布了2018年“全球十大突破性技术”(10 Breakthrough Technologies)。 /p p style=" text-align: center " img width=" 600" height=" 368" title=" " style=" width: 600px height: 368px " alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/0ccd8c87-84ff-4a3b-8e45-b274d6c1d17e.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / br/ /p p style=" text-indent: 2em " 3D金属打印机(3-D Metal Printing)、人造胚胎(Artificial Embryos)、传感城市(Sensing City)、给所有人的人工智能(AI for Everybody)、对抗性神经网络(Dueling Neural Networks)、巴别鱼耳塞(Babel-Fish Earbuds)、零碳排放天然气(Zero-Carbon Natural Gas)、完美网络隐私(Perfect Online Privacy)、基因占卜(Genetic Fortune-Telling)、材料的量子飞跃(Materials’ Quantum Leap)等入选了MIT2018全球十大突破性技术。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 人造胚胎(Artificial Embryos) /strong /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/f1dfe8c7-4f42-4acd-a749-215c18075ebe.jpg" / br/ /span /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " UNIVERSITY OF CAMBRIDGE /span /p p style=" text-indent: 2em " strong 突破性: /strong 未使用卵细胞或精子细胞,研究人员仅从干细胞就创造出了胚胎样结构(embryo-like structure),为创造生命提供了一条全新的途径。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 重要性: /strong 人造胚胎将使研究人员更加容易地研究人类生命的神秘起源,但这一技术也正在引发新的生物伦理争论。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 可用性: /strong 现在 /p p style=" text-indent: 2em " strong 关键研究者: /strong 剑桥大学、密歇根大学、洛克菲勒大学 /p p style=" text-indent: 2em " 在一项重新定义了如何创造生命的突破性研究中,英国剑桥大学的胚胎学家们仅利用干细胞(没有卵子,没有精子,只是从另一个胚胎中取出的细胞)就培育出了逼真的(realistic-looking)小鼠胚胎。 /p p style=" text-indent: 2em " 领导该研究的Magdelena Zernicka--Goetz说:“我们知道,干细胞具有不可思议的能力,但我们真的没有意识到,它们能够如此完美地自我组织(self-organize)。” /p p style=" text-indent: 2em " 不过, Zernicka--Goetz表示,她的“合成”胚胎可能不能发育成小鼠。这也不是Zernicka-Goetz的目标。她想要研究,一个早期胚胎中的细胞如何开始发挥其特殊的作用。她还说,他们的下一步计划是用人类干细胞生成人造胚胎。密歇根大学和洛克菲勒大学的科学家们正在进行相关的研究。 /p p style=" text-indent: 2em " 人工合成的人类胚胎将是科学家们的福音,可以让他们弄清早期发育中发生的各种事件。同时,由于这类胚胎是从易操作的干细胞发育而来的,因此,研究人员将能够利用各种工具(如基因编辑)在它们生长的过程中调查它们。不过, /p p style=" text-indent: 2em " 人造胚胎这一突破技术也引发了伦理问题。如果它们变得与真实的胚胎难以区分,我们该怎么办? 在它们能够感觉疼痛之前(before they feel pain),它们能在实验室里成长多久? 生物伦理学家们说,我们需要在科学竞赛愈演愈烈之前解决这些问题。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 给所有人的人工智能(AI for Everybody) & nbsp /strong /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/28c2be62-1345-4438-9d72-c98f1fc6d3f1.jpg" / br/ /span /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " MIGUEL PORLAN /span /p p style=" text-indent: 2em " strong 突破性: /strong 基于云的人工智能技术(Cloud-based AI)使得这项技术的使用更便宜、更容易。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 重要性: /strong 目前,AI的使用由少数几家公司主导,但作为一种基于云的服务,它能够被更多的人使用,从而推动经济增长。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 可用性: /strong 现在 /p p style=" text-indent: 2em " strong 关键研究者: /strong 亚马逊、谷歌、微软 /p p style=" text-indent: 2em " 迄今为止,人工智能主要是像亚马逊、百度、谷歌和微软这样的大型科技公司以及一些初创公司的“利器”,对许多其他公司和经济领域来说,AI系统太昂贵,且太难完全实现了。 /p p style=" text-indent: 2em " 那么,让AI更普及的解决方案是什么呢?基于云的机器学习工具正在将AI带给更广泛的群体。到目前为止,亚马逊的 AWS 子公司主导着云AI(cloud AI),而谷歌正试图用TensorFlow(一个开源的AI库)来挑战它的地位。拥有自己AI云平台Azure的微软则选择与亚马逊合作,推出了一款开源深度学习库—— Gluon。 /p p style=" text-indent: 2em " 这些公司中的哪一家会成为提供人工智能云服务的领导者,目前还不清楚。但对于赢家来说,这是一个巨大的商机。如果人工智能革命将会在经济的不同领域更广泛地扩散,那么,这些云产品将是不可或缺的。 /p p style=" text-indent: 2em " 目前AI主要应用于科技行业,许多其他行业一直难以利用人工智能技术的发展。医疗、制造以及能源等行业如果能够更全面地推行人工智能技术,那么,这些行业可能将产生巨大的改变。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 对抗性神经网络(Dueling Neural Networks) & nbsp /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img width=" 600" height=" 441" title=" " style=" width: 600px height: 441px " alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/4b3da4e4-0c2e-4537-a1ac-07111a1ab6b5.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / br/ /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " DEREK BRAHNEY /span br/ /p p style=" text-indent: 2em " strong 突破性: /strong 两个AI系统可以通过相互对抗来创造逼真的图像和语音,此前,机器从未有过这种能力 /p p style=" text-indent: 2em " strong 重要性: /strong 这给机器带来类似想象力的能力,可以让它们不再那么依赖人类,同时也把它们变成了一种数字造假工具。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 可用性: /strong 现在 /p p style=" text-indent: 2em " strong 主要研究者: /strong Google Brain、DeepMind、Nvidia /p p style=" text-indent: 2em " 人工智能(AI)在识别事物方面变得越来越擅长了:向它展示一百万张图片,它能以惊人的准确性告诉你哪张照片描绘了一个行人穿越街道。但是AI几乎不可能生成行人的图像。如果能做到这一点,它就能创造出大量逼真的合成画面,比如在各种环境下的行人。这样,自动驾驶系统可以在不出门的情况下使用这些图片进行训练。 /p p style=" text-indent: 2em " 但问题是,创造一个全新的东西需要想象力,而这一直困扰着AI。 直到2014年,蒙特利尔大学的一名博士生Ian Goodfellow在一家酒吧的学术辩论中,率先想到了解决方案。这种方法被称为“对抗式生成网络”(GAN),它采用了两种神经网络(人脑的简化数学模型,这是现代机器学习的基础),并在数字版猫捉老鼠游戏中相互对抗。 /p p style=" text-indent: 2em " 这两个神经网络都是在相同的数据集上进行训练的,其中一个被称为“发生器”(generator),负责依照所见过的图片来创造新的图片。另一个被称为鉴别器(discriminator),负责识别它所看到的图片是否像训练时的图片,还是发生器产生的虚假图像。 /p p style=" text-indent: 2em " 渐渐地,发生器可以创造出鉴别器不能识别出的图片。这项技术已经成为AI在过去十年中最有希望的进展之一,它能够帮助机器“骗过”人类。 /p p style=" text-indent: 2em " 目前,GAN已经被用于制作非常逼真的语音和假图片。举个例子,芯片制造商Nvidia的研究人员用明星照片训练出一个GAN系统,而这个系统生成了数百张不存在但看起来很真实的面孔。另一个研究小组则生成了很逼真的梵高作品。进一步训练之后,GAN可以用不同的方式重新创造图片,比如在干净的道路上铺上一层雪,或者把马变成斑马。 /p p style=" text-indent: 2em " 但GAN也不总是完美的,它可能会生成有两套把手的自行车或者,眉毛错位的脸。但由于图片和声音的逼真,一些专家认为,在某种意义上,GAN在某种程度上开始理解它们所见所听。这就意味着,随着想象力的获得,AI也有可能开始理解它在这个世界上所看到的东西。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 基因占卜(Genetic Fortune-Telling) & nbsp /strong /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img width=" 600" height=" 441" title=" " style=" width: 600px height: 441px " alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/a16c869e-d862-484d-8146-12195a7a1f44.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / br/ /span /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " DEREK BRAHNEY /span br/ /p p style=" text-indent: 2em " strong 突破性: /strong 科学家可以使用基因来预测人们未来患心脏病、乳腺癌的风险,甚至可以预测IQ。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 重要性: /strong 基于DNA水平的预测技术可能是公共健康领域下一个重要突破,但它也会增加基因歧视风险。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 可用性 /strong :现在 /p p style=" text-indent: 2em " strong 主要研究者 /strong :Helix、23andMe、Myriad Genetics、UK Biobank、Broad Institute /p p style=" text-indent: 2em " 将来有一天,婴儿出生时就会得到一份DNA检测报告。这些报告将提供他们患心脏病或癌症的几率,是否对烟草上瘾,以及是否比一般人更聪明的预测。由于大型基因研究的陆续开展,这一天很快就会来临。 /p p style=" text-indent: 2em " 事实证明,最常见的疾病和包括智力等许多行为特征,都不是一个或几个基因的结果,而是许多基因作用的结果。利用正在进行的基因研究的数据,科学家们正在创造他们所谓的“多基因风险评分”。 /p p style=" text-indent: 2em " 尽管新的DNA检测提供的只是概率,而不是精确诊断,但它们仍可以极大地造福医学的发展。比如说,医生可以建议乳腺癌高危的女性多做乳房x光检查,而低风险的女性乳房x光检查则少做些,那么这些检查可能帮助发现更多的真正患癌症的病人,并能够减少 “假警报”的情况。 /p p style=" text-indent: 2em " 此外,制药公司还可以在针对阿尔茨海默病或心脏病等疾病的预防性药物的临床试验中使用这些信息,他们通过挑选患病风险更高的志愿者,从而可以更准确地测试药物的效果。 /p p style=" text-indent: 2em " 但问题是,这些预测远非完美。谁想知道他们未来可能会患上老年痴呆症?如果癌症风险评分低的人推迟接受筛查,然后又患上癌症怎么办? /p p style=" text-indent: 2em " 多基因评分也有争议,因为它们可以预测任何个体特征,而不仅仅是疾病。比如说,他们现在可以预测一个人在智商测试中表现的10%。随着评分技术的提高,DNA智商的预测很可能会成为常规的检测。但是家长和教育工作者将如何使用这些信息呢? /p p style=" text-indent: 2em " 行为遗传学家EricTurkheimer表示,基因数据是把双刃剑。“基因占卜”既让人兴奋,也令人担心。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 参考资料 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 10 BREAKTHROUGH TECHNOLOGIES 2018 /p
  • 乔杰院士团队发表人体外成熟卵母细胞单细胞测序最新成果
    p   卵母细胞体外成熟是辅助生殖领域已开展近30年的一项重要技术,在预防卵巢过度刺激综合征,保存女性生育力,拓展辅助生殖技术应用领域等展现出巨大的应用价值。 /p p /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/200e2031-e412-4cd0-a657-9cb63171a9a6.jpg" title=" NewsDataAction.png" / /p p   在啮齿类及家畜等动物中,卵母细胞经过体外成熟后,依然可以保持较高的发育潜能,但是人类辅助生殖临床中发现,体外成熟卵母细胞发育潜能较差,形成胚胎的流产率相对较高,且尚无公认的有效改善措施。此前有多项研究揭示小鼠卵母细胞成熟过程中的关键分子,然而对人类卵母细胞成熟过程中的分子表达特征尚不明确。 /p p   2月27日,北京大学第三医院乔杰院士团队的李蓉教授、于洋副研究员与广州医科大学附属第三医院范勇教授,昆明理工大学谭韬副教授团队合作,在Antioxidants & amp Redox Signaling杂志在线发表题为“Single-cell transcriptomics of human oocytes: environment-driven metabolic competition and compensatory mechanisms during oocyte maturation”的研究成果,揭示了体外培养影响人卵母细胞成熟及发育潜能的关键分子及其作用机制。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/2df4c471-0a8d-4c97-a46b-adbe430a85dd.jpg" title=" NewsDataAction-2.png" / /p p /p p   在该研究中,研究者在伦理委员会指导下,通过来自于3名女性捐赠的6枚卵母细胞(每名女性捐赠1枚成熟与1枚不成熟卵母细胞),利用单细胞转录组测序技术,从整体水平上,对体外成熟卵母细胞中的RNA表达特征进行了阐述,并利用小鼠模型、干细胞模型、人类样本等,从基因、亚细胞结构、细胞发育等不同层面,系统揭示了代谢通路关键分子ACAT/HADHA-DPYD在维持卵母细胞发育潜能方面扮演重要的角色。 /p p   首先,研究者利用高通量测序与生物信息学分析手段,明确代谢通路的改变是体外成熟卵母细胞与体内成熟卵母细胞的最典型差异。进而,通过多种筛选手段,包括与不同质量的体内成熟卵母细胞比较、物种间比较等,明确三种与辅酶A相关的酶编码基因(ACAT1、HADHA、DPYD)是潜在影响体外成熟卵母细胞发育潜能的靶标分子(下图)。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/4ca2142c-ebee-4bd7-a0cd-9cd6e94c59c1.jpg" title=" NewsDataAction-3.png" / /p p /p p style=" text-align: center " 筛选与人体外成熟卵母细胞发育潜能相关的靶标分子 /p p   其中,ACAT1和HADHA协同调控三羧酸循环的底物乙酰辅酶A与琥珀酸的生成,间接影响三羧酸循环的效率,导致线粒体功能不足。同时发现,三羧酸循环酶类的激活剂钙离子在体外成熟卵母细胞中浓度降低,再次提供证据表明体外成熟卵母细胞线粒体功能及能量代谢异常。 /p p   然而,为维持发育的进行,卵母细胞在钙离子摄入障碍的情况下,内源钙离子释放,实现钙离子浓度代偿。同时,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸转氢酶(NNT)编码基因上千倍上调表达,促进体内NADH与NADP+的生成。一方面NADH可以提供额外的能量供卵母细胞成熟发育,缓解线粒体功能失调导致的NADH生成减弱,维持其细胞质的生物学功能;另外一方面,NADP+的生成上调DPYD表达,对体外成熟卵母细胞中出现的异常DNA双链断裂进行修复,维持其细胞核的生物学功能。 /p p   综上所述,研究者首次利用严格的对照,排除不同人群遗传的潜在影响,从组学筛选到靶标分子的生物学功能鉴定的系列实验中,明确人体外成熟卵母细胞从受损到功能代偿的分子机制。研究在提示辅助生殖技术每一步操作都潜在对生殖细胞产生影响的同时,也为辅助生殖技术的持续优化提供了理论基础。 /p p   据悉,北京大学第三医院2011级博士生赵红翠为本文的第一作者,2017级博士生李天杰,赵越副研究员,昆明理工大学谭韬副教授为本文共同第一作者,北京大学第三医院李蓉教授为该论文的通讯作者,于洋副研究员,广州医科大学附属第三医院的范勇教授为共同通讯作者。 /p
  • 温和细胞分选,开启单细胞测序成功的第一步!
    随着单细胞测序技术的快速发展,科研工作者们可对每个独一无二的单细胞进行分析,认识到细胞间的异质性,深入了解如胚胎发育早期的分化特征、肿瘤微环境中的非均质性、罕见循环肿瘤细胞的转录组等等以往传统高通量测序方法难以攻克的领域。单细胞分析的应用已进入百花齐放的时代,涵括神经生物学、癌症、免疫学、微生物学、胚胎发育、临床诊断等多个领域。单细胞测序分析的第一步,即是单细胞样品的制备,同时确保其生物完整性不被破坏。高质量的样品制备影响着后续单细胞分析成功与否。高活性、无细胞碎片且均一的单细胞悬液可使测序结果在完整性、真实性、数据可重复性得到提升。最常见细胞分离的方法可用MACS磁珠或流式细胞仪进行目的细胞分选与富集。单细胞测序流程利用流式细胞分选法富集目的细胞群体缩小研究范围,对单细胞群体可进一步精细化解读。尤其在研究罕见细胞族群,单细胞测序前先以流式细胞分选富集稀有细胞,可大大增加实验数据真实性与可靠性。现今已有愈来愈多单细胞测序研究结合流式细胞分选,筛选目的细胞、过滤死细胞减少样本中無效细胞的比例,提高单细胞文库构建的成功率以及后续的数据质量,让单细胞测序更有深度与广度分析实验数据,推动进一步研究范畴。传统高压液滴分选仪分选单细胞传统液滴式流式细胞分选(Droplet cell sorter),将目的细胞利用适宜的荧光标记。经荧光染色或标记的单细胞悬液,被高压压入流动室内,在鞘液的包裹和推动下,细胞被排成单列,以一定速度从流动室喷口喷出。通过相应荧光检测及充电,获得目的细胞,实现单细胞分离。然而操作过程中,分选的细胞相继受到高压、充电带有电荷、减压的刺激,常导致分选的目的细胞在分类过程中的损伤和溶解,活细胞回收率不高;即使回收的活细胞也因分选过程受刺激影响细胞基因转录图谱表现,无法维持其生物完整性。传统高压液滴分选仪进行单细胞分选Adapted from Technologies for Single-Cell IsolationInt. J. Mol. Sci. 2015, 16美天旎MACSQuant® Tyto® 革命性的细胞分选仪专利的微芯片技术,精准地控制阀门开合以进行细胞分选,该仪器的特性在于整个分选过程在一次性使用的全封闭样本舱(cartridge) 中进行,且无需鞘液、避免了样本污染和残留风险。上样简单、自动进行分选设置,无需操作人员进行高强度与长时间的培训就能轻松操作。由于实际分选过程都在样本舱进行,不会损失珍贵的样本材料;阳性和阴性分选组份均可在无菌洁净操作台内轻松回收。细胞不会受到高压、电荷及减压刺激,不同于传统的液滴分选仪,这种温和的分选方法可最大保持细胞活性和功能,即使经过多次分选,细胞活性也不会受影响,充分表明这种阀门介导的分选机制具有温和性质。美天旎MACSQuant® Tyto® 细胞分选仪与样本舱功能示意图。A. 美天旎MACSQuant® Tyto® 细胞分选仪;B. 样本舱;C.独特微芯片技术的分选示意图。单细胞测序前,使用美天旎MACSQuant® Tyto® 细胞分选仪(MQ Tyto)进行目的细胞分选富集。分选过程不受到高压、电荷、减压与剪切力刺激,作用温和不影响细胞生物功能完整性,维持细胞基因转录图谱表现,提高细胞存活率与回收率。位于美国加州大学(University of California, Irvine- UCI)的Dr. Kai kessenbrock研究团队致力于研究机体正常组织内环境稳态和乳腺癌中的细胞通讯。他们在单细胞水平上系统性分析研究乳腺干细胞微环境(stem cell niche)中细胞通讯的机制和乳腺上皮組織内的异质性,进一步加深对早期肿瘤发生过程中系统性变化的理解;最终目的是开发用于早期检测的生物标记物以及改善乳腺癌的治疗策略。Dr. Kai kessenbrock团队在FVB小鼠取出小鼠乳腺组织,分别以美天旎MACSQuant® Tyto® 细胞分选仪(MQ Tyto)与传统液滴式流式细胞分选(Droplet cell sorter)分离乳腺上皮细胞(CD49f+/EpCAM+)后,标记建库并进行单细胞测序;比较两种不同的流式细胞方法分选后,所获得的测序数据真实性与可靠性,也进行分选后的细胞培养,观察细胞存活与功能。小鼠乳腺上皮细胞分离与单细胞建库 (Data kindly provided by Quy Nguyen, UCI)1. MQ Tyto可有效分选出不同乳腺上皮细胞亞型(Luminal 1, Luminal 2, Basal-like subtypes),基因转录图谱完整呈现。聚类分析与差异基因热图展示2. 经由MQ Tyto分选,每个单细胞可捕获更多的mRNA数量(UMI),获得更多可分析的基因数(Genes);显示MQ Tyto保留了细胞的完整性。质控图3. 传统液滴式流式(Droplet cell sorter)细胞分选后细胞应激基因表现明显上调。这主要是来自于细胞分选操作过程中所受到的外力刺激,而非原始组织环境细胞的真实表现。应激基因表现量展示4. 细胞分选后,持续培养七天乳腺上皮细胞并形成乳腺球(mammosphere formation)进行计数。结果显示MQ Tyto组形成更多的乳腺球,表示其MQ Tyto分选后的上皮细胞维持其功能性与高存活率。综上,利用MQ Tyto对目的细胞进行分离与富集,作用温和不影响细胞生物功能完整性,维持细胞基因转录图谱表现,提高细胞存活率与回收率,开启单细胞测序成功的第一步。
  • 单细胞测序技术助力科学家诱导出人类全能干细胞
    近日,中国科学院和深圳华大生命科学研究院等多家机构的科研人员,通过体细胞诱导培养出了类似受精卵发育3天状态的人类全能干细胞,这是目前全球在体外培养的“最年轻”的人类细胞,是继科学家成功诱导出人类多能干细胞后,再生医学领域的又一颠覆性突破。相关研究成果于北京时间3月22日凌晨在国际顶级学术期刊《自然》(Nature)上发表。 研究者们开发了一种非转基因、快速且可控的“鸡尾酒”细胞重编程方法,能够将人的多能干细胞转化为全能性的8细胞期胚胎样细胞,即相当于受精卵发育3天状态的全能干细胞。该成果将助力实现未来人体器官的体外再生,对解决器官短缺、异体和异种移植排斥反应等问题有着重大意义。 2012年,诺贝尔生理学或医学奖颁发给了成功将已经成熟的体细胞诱导成为囊胚阶段的多能干细胞的日本科学家山中伸弥 (Shinya Yamanaka)。人类囊胚期的细胞是受精卵发育5-6天的状态,其进一步发育的能力比较受限。 而这个研究将该领域往前推进了一大步,首次获得了受精卵分裂仅3天的胚胎细胞。在受精卵发育早期,每天都发生着巨大变化,正是这2-3天,使科学家第一次通过体外诱导得到了人类8细胞期胚胎样全能干细胞。这是迄今为止在体外诱导获得的“最年轻”的人类细胞,具备非常强的发育潜力。这项研究也将有助于解开人类胚胎早期发育的密钥。 “这些全能性的8细胞期胚胎样细胞重建了受精卵仅分裂3次后的胚胎状态,相比过去的多能干细胞,这种细胞可以分化为胎盘组织,并可能发育为更成熟的各类身体组织,为全世界数百万需要进行器官移植的患者带来了福音。”论文的通讯作者,中国科学院Miguel A. Esteban教授、Md. Abdul Mazid博士和李文娟博士表示。 “该进展也是再生医学和单细胞测序技术相结合的完美典范”,论文的另一位通讯作者、深圳华大生命科学研究院刘龙奇博士介绍说,“通过大规模单细胞多组学图谱的方法,对干细胞技术手段在体外或体内获得的细胞或组织进行高效鉴定和机制解析,将极大地加速再生医学领域的发展。” 这是研究人员首次在真正意义上将人多能干细胞“转化”为全能性的胚胎细胞,使得人们可以将“成年”版本的细胞,逆向转化为具有更多可能性的“婴儿期”版本的细胞。并且,由于这次得到的全能细胞更接近早期胚胎的原始状态,若将其用于再生医学,培育得到的器官也将更接近于真实器官的状态,更有利于移植。 这项研究的突破,得益于单细胞测序技术的进步。在过去,研究人员可能得对成千上万个细胞进行处理和培养,成功的概率只有不到百分之十。如今,基于华大自主开发的单细胞建库测序平台(DNBelab C4),结合华大智造的DNBSEQ测序技术,科学家可以以高灵敏度和准确性的方法进行多维的单细胞分析,快速得到具有重要发育潜能的细胞,并研究这些细胞的发育去向。 此外,研究团队还将诱导得到的全能干细胞分类并注射到小鼠体内进行进一步的发育,然后使用华大的单细胞测序技术进行大规模细胞图谱分析。最终,研究人员确定了实验得到的全能干细胞与人8细胞期胚胎细胞高度相似,证明了该细胞的全能性。这为未来使用患者本人细胞进行器官培养,并用于自身器官移植和替换,提供了科学依据。 该研究由中国科学院和深圳华大生命科学研究院牵头,由英国剑桥大学、吉林大学,以及孟加拉国拉杰沙希大学等多个研究团队共同参与。本研究已通过伦理审查,严格遵循相应法规和伦理准则。
  • 《Cell》活的、整只哺乳动物单细胞谱系追踪
    对单独的有机个体来说,如果每个细胞都有属于自己的传记信息和所在的位置,那么,研究人员就能从中学到许多关于发育、衰老和疾病的知识。坏消息是,侵入性的细胞评估技术会令追踪组织或有机体发育的家谱仅限于一小群细胞,或者结果扭曲的让人不敢确信。好消息是,一项新技术已经开发出来了,它承诺可以将细胞的详细分子读数(例如转录指纹)与细胞的祖先信息结合起来。这项技术被称为CRISPR列阵修复血统追踪(CRISPR Array Repair Lineage tracing,CARLIN),由波士顿儿童医院干细胞研究项目和Dana Farber癌症研究所/哈佛医学院的科学家开发,可追踪体内每一个细胞,从胚胎期到成年期。有关这项技术的详细信息发表在《Cell》杂志,题目为“An Engineered CRISPR-Cas9 Mouse Line for Simultaneous Readout of Lineage Histories and Gene Expression Profiles in Single Cells”,结合“条形码”和CRISPR基因编辑技术,CARLIN可识别不同的细胞类型,以及每种类型的基因是什么。文章的作者写道:“利用CRISPR技术,在发育期或成年期的任何时候以可诱导的方式生成多达44000个转录条形码,与顺序排列的条形码兼容,并且完全由基因决定。我们利用CARLIN确定了胎儿肝造血干细胞(HSC)克隆的内在活性偏差,并揭示了HSCs在损伤反应中一个以前未被重视的克隆瓶颈。”几十年来,发育生物学家做梦都想创造一种重建每一个细胞谱系的方法,“一个细胞一个细胞地,随着胚胎的发育,或者组织的建立,”Fernando Camargo博士说。他是干细胞研究项目的高级研究员,与哈佛医学院系统生物学助理教授Sahand Hormoz博士是本文的共同通讯作者。“我们可以用这个小鼠模型来跟踪它的整个开发过程。”Camargo、Hormoz和他们各自实验室的共同第一作者Sarah Bowling博士和Duluxan Sritharan使用CARLIN方法创建了一个小鼠模型。该模型可以揭示细胞谱系,即父细胞创建不同类型子细胞的“家族树”,以及随着时间的推移,每个细胞中的哪些基因被打开或被关闭。此前,科学家们只能用染料或荧光标记在小鼠身上追踪一小群细胞。也有使用标记或条形码的方法,但以前的方法需要已知标记以分离不同的细胞类型,或者需要耗时的细胞提取和操作,这可能会影响细胞的特性。CRISPR的出现使研究人员能够在不干扰细胞的情况下对细胞进行条码识别,同时跟踪数千个细胞的血统。使用一种可诱导的CRISPR,研究人员能够在小鼠一生中的任何时间点创建多达44000个不同的识别条码。然后,使用另一种名为单细胞RNA测序的技术读取条形码,从而收集每个条形码细胞中开启的数千个基因的信息。这反过来又提供了有关细胞身份和功能的信息。作为一个测试案例,研究人员利用这个新方法揭示了胚胎发育过程中血液发育的未知细节,并观察了成年小鼠化疗后的血液补充动态。研究人员相信,CARLIN也可以用来了解疾病和衰老期间细胞谱系树的变化。此外,该系统还可用于记录对环境刺激的反应,如病原体暴露和营养素摄入。Camargo说:“绘制哺乳动物组织的单细胞谱系图是一项前所未有的壮举!除了在研究发育生物学方面的许多应用外,我们的模型还将提供有关生物对损伤和疾病作出反应时所受影响的细胞类型和层次结构的重要见解。”
  • Science发表人类胸腺的细胞图谱,揭示T细胞的形成过程
    来自英国和比利时的一组研究人员近日在《Science》杂志上发表了人类胸腺的单细胞转录组图谱,对人类T细胞的发育进行了高分辨率的普查。共同通讯作者、比利时根特大学的Tom Taghon教授表示:“我们现在非常了解T细胞如何在健康组织中形成。我们能够从发育中的胸腺和肝脏中鉴定出相似的前体细胞,且我们相信这些前体对于启动胎儿的T细胞发育和建立完全有功能的胸腺器官至关重要。”胸腺是T细胞发育和T细胞受体(TCR)库形成的关键器官,可以帮助人们形成适应性免疫。胸腺中的T细胞发育在空间上是协调的,而且这一过程需要胸腺微环境中的各类细胞精心配合。为了绘制一个完整的胸腺细胞图谱,研究人员从发育期、儿童期和成年期的人类胸腺样本中分离出细胞,并进行单细胞RNA测序。在开展质量控制去除doublet后,他们从发育中的胸腺中获得了138,397个细胞,从出生后胸腺中获得了117,504个细胞。他们对细胞簇进行注释,标记为40多种不同的细胞类型或状态。为了比较人类胸腺和小鼠胸腺的结果,他们随后利用出生后4周、8周或24周的小鼠样本生成了一份完整的小鼠胸腺单细胞图谱,并将这些数据与先前发表的产前小鼠胸腺scRNA-seq数据相结合。成熟T细胞的整合分析表明,不同物种之间的细胞状态有交叉。人类的GNG4+ CD8αα+ T细胞与小鼠的上皮内淋巴细胞前体A型最为相似,不过它们之间也存在高度差异表达的基因,表明其功能存在潜在差异。研究人员还比较了不同细胞的TCR库,以分析不同类型的细胞之间是否存在TCR库的差异。他们观察到,CD8+ T细胞与其他细胞明显分离,这个趋势在所有样本中都是一致的。这与外周血中分离出的幼稚CD4+/CD8+ T细胞极为相似。作者写道:“我们从人类胸腺中鉴定出50多种不同的细胞状态。在胚胎发育以及儿童和成年时期,人类胸腺细胞的丰度和基因表达谱都在动态变化。”研究人员还鉴定出全新的人胸腺成纤维细胞和上皮细胞亚群,并对其进行定位。通过计算机模拟,他们还预测出人类T细胞发育的轨迹,从胎儿肝脏中的祖细胞到多种成熟的T细胞。利用这一轨迹,他们还构建了驱动T细胞命运决定的转录因子框架。作者总结道,他们此次绘制的人类一生的胸腺单细胞转录组图谱以及不同物种的转录组图谱对天然组织微环境下的T细胞发育进行了高分辨率的普查。“人类和小鼠胸腺之间的系统比较突出了人类特有的细胞状态和基因表达特征。我们详细的T细胞发育网络将有助于建立体外类器官培养模型,从而真实地再现体内的胸腺组织。”资深作者、纽卡斯尔大学的Muzlifah Haniffa教授还指出,胸腺细胞的图谱可帮助研究人员阐明发育中胸腺的细胞信号,揭示哪些基因打开才能将免疫前体细胞转化为特异性T细胞。“这张图谱可作为在体外改造T细胞的参考图谱,为人们提供量身定制的治疗方案,”他说
  • 登上Nature!清华大学丁胜团队首次化学定向诱导干细胞
    丁胜教授,担任清华大学首任药学院院长、拜耳特聘教授。于1999年在加州理工学院获得化学学士学位,并于2003年在斯克里普斯研究所获得化学博士学位。长期专注于干细胞领域,是开发和应用全新化学手段研究干细胞和再生医学的引领者,一直致力于发现和鉴定可以调控细胞命运和功能(例如,不同发育阶段及不同组织中干细胞的维持、激活、分化和重编程)的小分子化合物。他在数个角色之间切换:1. 参与筹建清华大学药学院并从2016年起担任创始院长之职;2. 同时任职美国加州大学旧金山分校药物化学系,格拉德斯通研究所冠名资深研究员及教授;3. 全球健康药物研发中心(Global Health Drug Discovery Institute)主任,该机构由清华大学校长邱勇与盖茨基金会联席主席比尔盖茨在瑞士达沃斯世界经济论坛期间正式签署共同建立,是国内首个由外资参与设立的民办非企业性质科研机构;4. 参与创立了Retro Biosciences、 Tenaya Therapeutics和Fate Therapeutics等 7家生物技术公司,其中Retro Biosciences于今年初获得了1.8亿美元的启动资金。最新成果登上Nature清华大学药学院丁胜教授及其团队首次以化学小分子组合体外定向诱导小鼠全能干细胞并稳定培养,相关成果以“Induction of mouse totipotent stem cells by a defined chemical cocktail”为题于北京时间2022年6月21日以加速预览(accelerated article preview)的形式在线发表于国际顶级学术期刊Nature。清华大学药学院丁胜教授、刘康助理研究员、马天骅副研究员为该论文共同通讯作者,清华大学胡妍妍、杨媛媛、谭彭丞为该论文的共同第一作者。化学定向诱导2012年,诺贝尔生理学或医学奖授予了日本科学家Shinya Yamanaka和英国发育生物学家John Gurdon,因其通过重编程将细胞恢复到胚胎期状态、重新拥有分化成各类成熟细胞潜能的研究的杰出贡献。恢复细胞多能性甚至全能性是很多科学家的追求,无需利用生殖细胞或人体胚胎细胞,而时通过其他途径诱导出全能干细胞,用于再生医学例如替换受损或病变组织,甚至是创造或者复原生命。该研究通过筛选了数千个化学小分子组合,发现并确定了其中一种组合TAW——三种小分子 TTNPB、1-Azakenpaullon 和 WS6。通过转录组相关和差异表达基因(DEGs)分析发现,这一组合可以将小鼠多能干细胞诱导成最接近小鼠2C胚胎期的细胞,即具有全能特性的干细胞,并稳定培养。图一、筛选能够诱导全能性标志物MERVL-tdTomato的小分子过程示意图。化学诱导干细胞全能性发育胚胎和胚胎外组织被认为是细胞全能性最严格的标准之一,为进一步证明化学诱导的干细胞ciTotiSCs具有真正的全能性,该研究将其注射到小鼠早期胚胎中以观察其体内的分化潜力,并分析了着床前和着床后胚胎发育不同时间点的谱系贡献。研究发现,该诱导细胞表现出双向发育潜力,在培养皿和体内都能产生胚胎和胚胎外细胞,具备普通全能干细胞的典型特征。 图二、ciTotiSCs(化学诱导的全能干细胞)对胚胎发育阶段支持小结:该研究以化学方法定向诱导并稳定培养全能干细胞,为从非生殖细胞中控制和理解全能性提供了一种新的体外定向诱导的方法,这将成为再生医学的极大助力,对于实现人体器官的体外再生以及创造或复原生命有着重大的意义。
  • 天壤之别!胚胎基因编辑伦理不容,另一项基因编辑技术却在造福人类!
    p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 近日刷爆朋友圈的不仅是抗癌“神药”Vitrakvi& reg 的问世,还有一则是首例基因编辑婴儿的诞生! /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 来自中国深圳的科学家贺建奎向外界公布,一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿于11月在中国健康诞生。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 她们的基因已经经过人为修饰,能够天然抵抗艾滋病。消息一出,舆论哗然,遭到百余位中国科学家发表联署声明谴责,国家相关部委对此已经做出回应,对违法违规行为坚决予以查处! /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/bfe6a416-98de-499b-bf93-960d34dd0bf9.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" width=" 541" height=" 230" style=" width: 541px height: 230px " / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 人类生殖细胞的基因编辑可能诱发非常严重的伦理问题,即被改写的生殖细胞会影响其子孙后代,甚至随着现象的普及、改变整个人类的基因池。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 因为存在高风险,基因编辑技术并未在人体上广泛应用。过去有少数科学家曾在人类早期胚胎上进行实验,但只是停留在胚胎阶段。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2003年颁布的《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》规定,可以以研究为目的,对人体胚胎实施基因编辑和修饰,但体外培养期限自受精或者核移植开始不得超过14天,而此次“基因编辑婴儿”如果确认已出生,必将引起一场轩然大波!& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 引发轩然大波的基因编辑到底是一种什么技术? /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 中国农业大学生物化学与分子生物学系教授吴森向中新网记者介绍,DNA结构被发现之后,科学家需要通过一项技术去研究每个基因的功能,基因编辑技术便于上世纪80年代后期应运而生。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 当时,基因编辑技术被称作基因打靶技术。科学家以小鼠作为模型,通过基因打靶的方法改变小鼠的特定基因,借由观察其表型或者行为变化,研究这个基因的功能。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 基因编辑技术实际上是基因打靶技术的“升级换代”。“基因编辑是一种重构基因序列的手法,就像一个制作精良的橡皮擦,能针对出了毛病的基因,进行精准的‘擦除’。”同济大学医学院教授、同济大学丽丰再生医学研究院执行院长高正良这样评价基因编辑的作用。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 吴森表示,在过去30年里,基因打靶技术在基础科学研究领域和生物医学领域的用途非常广泛,做出了很多有价值的研究,包括在肿瘤治疗领域中的CAR-T技术(嵌合抗原受体T细胞免疫疗法)等。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 为什么CAR-T不违背伦理? /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " CAR-T技术实质上也是一种基因工程技术,但是为何不违背伦理?很重要的一点是,该技术是通过对体细胞(即免疫细胞)而非体细胞进行基因编辑,遗传基因不会发生改变,对于人类子孙后代不会造成影响。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 据欧洲药品管理局资料,CAR-T疗法先后须经专利药品委员会、高级治疗委员会和欧盟委员会批准后方可获得临床应用。在中国,同样需要相关职能部门审核通过,才能进行临床试验及应用。我国的CAR-T细胞治疗研究虽然较国外整体起步较晚,但后期发展突飞猛进。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 从2012年我国首次在clinicaltrial.gov上登记CAR-T细胞临床试验以来,我国每年新注册的CAR-T项目以数倍的速度爆发式增加,目前我国在clinicaltrial.gov上登记的CAR-T项目超过170项,已经超过美国的103项,成为世界上CAR-T细胞临床试验注册数量最多的国家,文末有招募信息。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/280c8040-d0e2-4a0e-84d7-d65c14acf8b6.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" width=" 457" height=" 374" style=" width: 457px height: 374px " / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " CAR-T是一种什么样的技术? /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " CAR-T疗法是一种通过T细胞基因改造实现肿瘤靶向杀伤的免疫治疗技术。它通过基因转导技术,把识别肿瘤相关抗原的单链抗体和T细胞活化序列的融合蛋白表达到T细胞表面,经过纯化、体外扩增和活化,输注回患者体内,对抗肿瘤。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 全称为(Chimeric antigen receptor T-cell therapy)嵌合抗原受体 T细胞疗法,本质上一种肿瘤基因疗法,也是免疫疗法。对于这个中文名您一定还是一头雾水,即便中文名也是看不懂。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 首先,我们必须先对T细胞有初步的认识,T细胞是一种免疫细胞,负责保护身体免于外来病原的攻击。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 而身体裡面的T细胞有又分很多种,其中一种名为细胞毒性T细胞(cytotoxic T cell),它的功能主要是辨识异常的细胞,分泌细胞毒素(如穿孔素、颗粒酶素B),并消灭这些异常细胞。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " CAR-T疗法,简单来说就是,我们在原本无法辨识癌细胞的T细胞上,装上一个名为CAR(嵌合抗原受体)的雷达。如此一来,经过改造的T细胞就会像导弹一样,精准的定位癌细胞位置,并将这些癌细胞杀死。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这样的技术,开启了细胞疗法新的扉页。将来,面对不同的癌症,只要找出适合的雷达-CAR,我们就能请T细胞代劳,替我们对抗癌症。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 原理讲完了,再给您介绍下CAR-T的治疗流程,很easy。 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 1、分离:从癌症病人身上分离免疫T细胞。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2、修饰:用基因工程技术给T细胞加入一个能识别肿瘤细胞并且同时激活T细胞的嵌合抗体,也即制备CAR-T细胞。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 3、扩增:体外培养,大量扩增CAR-T细胞。一般一个病人需要几十亿,乃至上百亿个CAR-T细胞(体型越大,需要细胞越多)。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 4、回输:把扩增好的CAR-T细胞回输到病人体内。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 5、监控:严密监护病人,尤其是控制前几天身体的剧烈反应。& nbsp /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/5f16e10d-c481-41a8-9337-3ed0d9b85536.jpg" title=" 3.jpg" alt=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 目前,已经有两项CAR-T技术获得美国FDA批准上市。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2017年8月,FDA批准诺华的CAR-T疗法Kymriah(tisagenlecleucel)上市,用于治疗罹患B细胞前体急性淋巴性白血病(ALL),且病情难治或出现两次及以上复发的25岁以下患者,这是人类历史上批准的首款CAR-T疗法。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 紧接着,2个月后,FDA宣布批准了Kite Pharma公司开发的用于治疗特定类型大B细胞淋巴瘤成人患者的CAR-T疗法Yescarta(axicabtagene ciloleucel)上市。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " CAR-T疗法无疑已成为肿瘤免疫治疗领域中新的国际研究热点。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong CAR-T在肿瘤治疗领域有何贡献? /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 提到CAT-T治疗,最出名的就是在2012年被Carl June博士用来治愈了6岁的小女孩Emily Whitehead后,由此被认为是最有希望攻克肿瘤的手段之一,迅速引发了全球性的研发热潮。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2012年至今,6年过去了,6岁的小女孩已经长成12岁亭亭玉立的少女,那么,Emily的现状怎么样呢? /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/9fa16f1c-61a5-4c42-afe6-1d1af37da321.jpg" title=" 4.jpg" alt=" 4.jpg" width=" 572" height=" 337" style=" width: 572px height: 337px " / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 今年8月份,家人刚刚为她庆祝了十二岁生日。除了曾经患过白血病之外,Emily与普通的孩子并无区别,脸色红润,头发蓬松,与小伙伴们在海滩上嬉戏,显得生气勃勃。根本无法想象在6年前,她是一名晚期癌症患者。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 她是第一个接受CAR-T治疗的孩子,在治疗的早期临床试验中被认为是一种危险的治疗方法。而如今CAR-T已经获得FDA批准用于临床肿瘤治疗后,Emily成为治疗效果的象征,CAR-T疗法的新型癌症免疫疗法挽救了她的生命,并为数以千计的白血病患儿接受该治疗增加了信心。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 中国首例!CLL1新靶点CAR-T治疗10岁转化型急性髓系白血病女孩获成功 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 广州市妇女儿童医疗中心血液肿瘤科张辉主任团队结合现有治疗手段和经验,并根据小慧白血病细胞的免疫分型特点,大胆尝试了CLL1新靶点的CAR-T临床试验性治疗。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 据悉,CAR-T技术用于急性白血病治疗,已有多个成功案例,但针对CLL1靶点的CAR-T治疗,在全国尚属首次! /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 治疗两个月后,小慧体内的大部分白血病细胞被成功清除,目前已进入观察期,只需定期复查即可。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 如果顺利度过了18至24个月的观察期,小慧有望和美国的Emily(全球首位接受CAR-T治疗急性淋巴细胞白血病的儿科患者)一样被彻底治愈,恢复健康。(来源:金羊网)& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 中、美CAR-T临床试验招募信息 /span /strong /p p style=" text-align: justify " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 美国 /span /strong /p p style=" text-align: justify " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 1、EGFR806 CAR T细胞免疫治疗儿童和青少年复发/难治性实体肿瘤 /span /p p style=" text-align: justify " 小儿实体肿瘤:生殖细胞肿瘤、视网膜母细胞瘤、肝母细胞瘤、Wilms肿瘤、横纹肌样瘤、骨肉瘤、尤文肉瘤、横纹肌肉瘤、滑膜肉瘤、透明细胞肉瘤、恶性周围神经鞘瘤、增生性小圆细胞肿瘤、软组织肉瘤、神经母细胞瘤 /p p style=" text-align: justify " 入组医院:西雅图儿童医院 /p p style=" text-align: justify " 入组人数:36 /p p style=" text-align: justify " 截止日期:2021年10月& nbsp /p p style=" text-align: justify " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 2、CD19 + CAR T细胞治疗淋巴恶性肿瘤 /span /p p style=" text-align: justify " 肿瘤类型:白血病、淋巴瘤 /p p style=" text-align: justify " 入组医院:MD安德森癌症中心 /p p style=" text-align: justify " 入组人数:30 /p p style=" text-align: justify " 截止日期:2021年12月& nbsp /p p style=" text-align: justify " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 3、EGFR-vIII CAR-T细胞用于复发性GBM治疗 /span /p p style=" text-align: justify " 肿瘤类型:脑胶质瘤 /p p style=" text-align: justify " 入组医院:杜克癌症研究所 /p p style=" text-align: justify " 入组人数:24 /p p style=" text-align: justify " 截止日期:2021年12月31日& nbsp /p p style=" text-align: justify " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 中国 /span /strong /p p style=" text-align: justify " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 1、CAR-T细胞在间皮素阳性实体瘤中的应用研究 /span /p p style=" text-align: justify " 肿瘤类型:成人实体瘤 /p p style=" text-align: justify " 入组医院:解放军总医院 /p p style=" text-align: justify " 入组人数:10 /p p style=" text-align: justify " 截止日期:2019年11月& nbsp /p p style=" text-align: justify " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 2、恶性肿瘤的自体CAR-T / TCR-T细胞免疫治疗 /span /p p style=" text-align: justify " 肿瘤类型:B细胞急性淋巴瘤、白血病淋巴瘤、骨髓性白血病、多发性骨髓瘤、肝癌、胃癌、胰腺癌、间皮瘤、结直肠癌、食道癌、肺癌、胶质瘤、黑色素瘤、滑膜肉瘤、卵巢癌、肾癌 /p p style=" text-align: justify " 入组医院:郑州大学第一附属医院 /p p style=" text-align: justify " 入组人数:73 /p p style=" text-align: justify " 截止日期:2023年3月1日 /p p style=" text-align: justify " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 3、研究评估CAR-T治疗儿童复发或难治性神经母细胞瘤的疗效和安全性 /span /p p style=" text-align: justify " 肿瘤类型:复发或难治性神经母细胞瘤 /p p style=" text-align: justify " 入组医院:南京儿童医院 /p p style=" text-align: justify " 复旦大学附属儿童医院 /p p style=" text-align: justify " 入组人数:22 /p p style=" text-align: justify " 截止日期:2020年9月 /p
  • 山中伸弥:毕生目标是将干细胞技术带到病床边
    “我毕生的目标便是将这种干细胞技术带到病床边,带到病患前,带到诊所中……”50岁的日本科学家山中伸弥得知自己获得2012年度诺贝尔生理学或医学奖后,在电话里向采访他的记者这样说道。   因为“发现成熟细胞能够通过再编程而具有多能性”,山中伸弥与79岁的英国科学家约翰戈登爵士分享了这一生物及医学领域的最高奖项。   对于二人获奖,英国伦敦大学学院的神经科学家John Hardy就表示:“我相信从事发育生物学以及疾病机理研究的每一位研究人员都会为诺贝尔奖的这一杰出而明智的选择叫好。无数实验室的工作都构建在他们开创性的研究基础之上。”   其实,专能细胞功能的不可逆性曾一度被当成是教条,而戈登向它发出了挑战,并最终证明成熟细胞的细胞核并未丧失发育成为功能完全的生物体的能力。而他在1962年的经典青蛙实验中所使用的体细胞核移植技术通常被称为克隆技术,并由其他科学家在后来成功培育出多利羊。   而另一方面,山中伸弥的发现则表明,完整的哺乳动物成熟细胞能够被恢复为像胚胎一样的细胞。这些诱导多能干细胞(iPSCs)类似于胚胎干细胞,能够发育成为身体的各种组织。他最初在小鼠细胞,随后又在人体细胞中完成了这一壮举。而iPS细胞也为再生医学和药物试验带来了希望。   对于自己的获奖,山中伸弥表示:“我感到非常高兴,同时也体会到巨大的责任。iPS技术还很新,我们实际上并不能将这些发现应用于新的疗法或药物的开发中。我觉得我们必须继续研究,以便及早为社会作出贡献。”   而戈登则在一份声明中强调了两位科学家的工作如何将基础研究推向医学应用。“我非常感谢得到了这样的认同,并且很荣幸与山中伸弥一同获奖,正是他的工作为整个领域带来了现实的期望……我特别高兴地看到纯粹的基础研究已经被证明确实对人类健康福祉具有重要意义。”   就在颁奖当天,早在2009年便与山中伸弥分享了拉斯克基础医学研究奖的戈登对电话那端的记者说道,“我个人认为,我们最终将搞清细胞究竟如何工作的全部信息……”
  • Nature:触发早期胚胎形成的初始分子机制
    Nature:触发早期胚胎形成的初始分子机制 2013-11-21 来源:生物360 作者:koo 61 0 .collect_btn a{float:right margin:0 background:#A90C11 height:25px line-height:25px padding:0 10px color:#FFF} .collect_btn a:hover{ background:#292627 height:25px line-height:25px padding:0 10px color:#FFF} 收藏(0) 添加到书签 -- 任何一名高中生物学新生对于怀孕的基本特征来说都是熟悉的,然而迄今为止,科学家们尚未发现触发发育中的胚胎形成的一连串事件的初始分子机制。 现在,来自耶鲁大学医学院(Yale University School of Medicine)的的遗传学家们在《自然》(Nature)杂志上报告称,他们鉴定出这样的一种生命触发器,就好比是&ldquo 推倒第一个多米诺骨牌让其他的骨牌也跟着倒下的手指,从而启动胚胎产生&rdquo 。 一个世纪以来,科学家们就已经知道母体提供一套遗传指令来驱动早期胚胎发生。这一套临时的母体指令有助引导胚胎如何读取它的基因组。然而,让母体停止对发育初期的胚胎发育进行控制的指令仍然未被发现。 在这项最新研究中,研究人员以斑马鱼为研究对象,测量了在这些指令中,从受精时到对胚胎发育的控制转移到胚胎时这一段时间(就斑马鱼而言,大约3小时;就人而言,大约为24小时)内哪些指令被最频繁地读取。 他们发现,三种蛋白因子--- Nanog、Pou5f1(也被称作 Oct4)和 SoxB1 具有最高的活性,确实是推动生命多米诺骨牌运转起来所必需的。令研究人员吃惊的是,这些因子与让人成体细胞经历重编程过程而转化为诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)所需的蛋白因子相同。 研究人员表示,这些因子是成体细胞的青春之源,有助人们理解生命形成中的第一个多米诺骨牌是如何被&ldquo 推倒&rdquo 的。
  • Lab实验课堂:干细胞,请回答!
    干细胞是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞。2012年诺贝尔生理学或医学奖得主山中伸弥于 2006 年,通过将四个转录因子(Oct4、Sox2、 Klf4 和 c-Myc)导入小鼠胚胎的和成体的成纤维细胞中,首次实现了将体细胞诱导为多能干细胞,自此拉开了诱导多能干细胞研究的序幕。诱导性多能干细胞(iPSCs),是指通过导入特定的转录因子将体细胞重编程为多能性干细胞。iPSCs可以体外培养、扩增、分化为不同的细胞类型,解决了长久以来利用胚胎干细胞(ESCs)研究疾病的伦理问题,成为研究疾病治病机制、筛选个性化药物、细胞治疗的有力工具。为综合探讨诱导多能干细胞的构建、培养和扩增,仪器信息网将携手赛默飞“重返实验室”系列活动之“Lab实验课堂”,开展【干细胞请回答】- 如何构建、培养和扩增理想的“种子细胞”iPSCs主题对话节目,我们将邀请北京大学生命科学院王金琳博士后 、 赛默飞世尔科技技术支持唐子华博士,围绕iPSCs的构建、培养和扩增,展开深度讨论。会议时间:09月28日19:30--20:30议题概览议题1:与其他干细胞相比, iPSCs具有什么样的特点议题2:使用诱导性多能干细胞(iPSCs)建立疾病模型的工作流程都包括哪些环节议题3:如何确定重编程策略体系议题4:使用仙台病毒试剂盒进行重编程为例,介绍流程以及注意事项议题5:如何鉴定成功重编程的iPSCs议题6:比较不同的iPSCs培养体系,各有什么优缺点议题7:如何选择合适的iPSCs培养体系?在选择培养基时有哪些注意事项议题8:如何选择合适的传代方式及酶即刻报名,观看直播不间断送直播互动礼!千元红包、小米吹风机、小米电动牙刷等你来领~
  • “中中”和“华华”来了!世界首例体细胞克隆猴诞生记
    p   拔根汗毛,吹口气,就能变出一大堆小猴子。如今,“齐天大圣”孙悟空的这项绝活,真的成为了现实。 /p p   最近,在中国科学院神经科学研究所非人灵长类研究平台出生的两个猕猴宝宝“萌”化了所有人,它们时而一起嬉笑打闹,时而依偎着自己心爱的“Hello Kitty”毛绒玩具,时而瞪着大大的眼睛,好奇地望着这个世界。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/noimg/7696dbb3-c7ab-4fc7-bc3d-a18b33961f3c.jpg" title=" 中华.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " “中中”和“华华” /span /p p   这两个小猴子的“父母”,是中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越中心研究团队。经过五年不懈努力,他们在国际上首次实现了非人灵长类动物的体细胞克隆。1月25日在线出版的《细胞》杂志以封面文章形式发表了这项成果。 /p p   这两只名叫“中中”和“华华”的小家伙,也在一夜之间,成为世界上最珍贵的一对小猕猴。 /p p   strong  克隆猴为何这么难? /strong /p p   自从1997年“多莉羊”体细胞克隆成功后,人类就打开了一扇新的窗户。 /p p   20年间,许多哺乳类动物的体细胞克隆相继获得成功,不仅诞生出马、牛、羊、猪和骆驼等大型家畜,还诞生了小鼠、大鼠、兔、猫等多种实验动物。 /p p   然而,与人类最为相近的非人灵长类动物的体细胞克隆,却一直没有得到解决,成为世界性难题。美国、中国、德国、日本、新加坡和韩国等多家科研机构在此方面进行不断探索和尝试,但始终未能成功。 /p p   “一个主要的限制因素,是供体细胞核在受体卵母细胞中的不完全重编程,导致胚胎发育率低。”文章通讯作者、中科院神经科学研究所非人灵长类研究平台主任孙强说,“另外,非人灵长类动物胚胎的操作技术不完善,这些都影响了实验的成功。” /p p   胚胎操作的一个必要步骤是给卵母细胞去核。但与其他动物不同的是,猴子的卵母细胞不透明,因此去核操作非常困难。 /p p   科研人员想出了使用偏振光的方式来给细胞“打光”,但为了尽可能减少对细胞的影响,操作必须在极短时间内完成。 /p p   为此,文章第一作者、中科院神经科学研究所非人灵长类研究平台博士后刘真花了大量的时间,去训练这项技术,最终实现了在10秒内精准完成体细胞核移植的显微操作。 /p p   同时,科研人员不断尝试各种实验方法,通过表观遗传修饰促进体细胞核重编程,显著提高了体细胞克隆胚胎的囊胚质量和代孕猴的怀孕率。 /p p   2017年11月27日,世界上首个体细胞克隆猴“中中”在中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心非人灵长类平台诞生 12月5日,“中中”的妹妹“华华”也顺利诞生。 /p p    strong 真正有用的动物模型 /strong /p p   体细胞克隆猴是在中科院战略性先导科技专项“脑功能联结图谱与类脑智能研究”的支持下,完全由中科院团队独立完成的国际重大突破。 /p p   “这个成果真正实现了生命科学领域的弯道超车,意义重大。”中科院院长白春礼评价称,该成果标志着中国率先开启了以体细胞克隆猴作为实验动物模型的新时代,实现了我国在非人灵长类研究领域由国际“并跑”到“领跑”的转变。 /p p   体细胞克隆猴的成功,为动物模型家族再添“新成员”。 /p p   当前,药物研发通用的动物模型是小鼠。但小鼠与人类相差甚远,药物研发人员在小鼠模型上花费了巨大资源,但筛选到的候选药物用在病人身上,却大都无效,或有不可接受的副作用,这使得诸如阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病,以及免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病等不能得到有效治疗。 /p p   这让非人灵长类动物模型成为生命科学研究和人类疾病研究的急需。 /p p   因此,除了基础研究上的重大意义外,利用体细胞克隆技术制作脑疾病模型猴,为人类社会面临的重大脑疾病的机理研究、干预、诊治带来了前所未有的光明前景。 /p p   “这项成果使猕猴有望成为真正有用的动物模型。”中科院院士、美国科学院院士、中科院神经科学研究所所长、脑智卓越中心主任蒲慕明说。 /p p   白春礼也相信,体细胞克隆猴的成功,以及未来基于体细胞克隆猴的疾病模型的创建,将有效缩短药物研发周期,提高药物研发成功率,使我国率先发展出基于非人灵长类疾病动物模型的全新医药研发产业链,有力推动我国新药创制与研发,助力“健康中国2030”目标实现。 /p p    strong 伦理问题?不存在的! /strong /p p   两只小猴子目前正在实验室里健康活泼地生活着,但人们的疑问也随之而来:克隆猴出来了,克隆人还会远吗? /p p   对于这个公众高度关切的问题,蒲慕明明确表示,中科院做这项工作的目的,不是为了克隆人,而是为了提高人类健康、研究脑科学基本问题服务的。 /p p   相反,这项工作还可能使一些伦理争议得到化解。 /p p   目前,中国每年出口数万只猕猴,主要用于药物筛选。在蒲慕明看来,这么大批量的动物实验,在伦理方面是有问题的。“我们做这项工作,就是要解决这一伦理问题。” /p p   有了体细胞克隆猴技术,人们就能使用体细胞在体外有效地做基因编辑,准确地筛选基因型相同的体细胞,产生基因型完全相同的大批胚胎,用母猴载体怀孕出生一批基因编辑和遗传背景相同的猴群。 /p p   也就是说,中科院神经科学研究所的这项技术,让人们在一年内就能制备大批遗传背景相同的模型猴,大大减少了个体差异对实验的干扰。这样,只要使用很少数量的克隆猴,就能够完成很有效的筛选。 /p p   “任何科学发现都是双刃剑,既有可能带来巨大的进步,也有可能造成一系列危机,核能、基因编辑都是典型的例子。”在蒲慕明看来,生命科学的伦理问题不仅仅是科学家需要注意的,更需要政府部门以及整个社会大众共同参与,通过立规、立法等方式,来约束人们的行为,做出正确的决策。 /p p   “对新技术,我们要重视,但不要害怕。”他最后补充说。 /p
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