有史以来最高分辨率成像的发育中的人类胚胎

研究人员使用荧光染料和激光显微镜这两种常见的实验室工具，实时捕获了迄今为止最详细的人类胚胎发育图像。 这项技术于 7 月1 日发表在《细胞》杂志上，使研究人员能够在不对胚胎进行基因改变的情况下研究发育最初几天的关键事件，而此前由于伦理问题，这限制了某些成像技术在人类胚胎中的使用。 费城宾夕法尼亚大学细胞生物学家、该论文的合著者尼古拉斯·普拉赫塔 (Nicolas Plachta) 表示：“这是我们第一次真正能够以细胞分辨率对发育早期阶段的早期人类胚胎进行成像。” “我们可以看到单细胞以及它们在形成植入前胚胎时如何相互作用。” 除了为研究人员提供新工具外，成像技术还可以促进非侵入性筛选体外受精（IVF）胚胎的方法的开发。 荧光染料 研究人员通常必须使用死后样本来研究人类胚胎，因为许多标记活细胞的工具都涉及对它们进行基因改造以产生荧光蛋白。 Plachta 和他的同事开发了一种使用荧光染料的解决方法，可以简单地将其添加到样品中以标记特定的细胞结构。 本研究中使用的胚胎是通过 IVF 诊所捐赠用于研究。Plachta 说，它们正处于发育的早期阶段——每个仅由 60-100 个细胞组成——并且还没有任何完全形成的组织或器官。 从鸡蛋到动物：追溯胚胎的第一步 研究人员使用了 SPY650-DNA（一种标记基因组 DNA 的荧光染料）和 SPY555-actin（标记形成细胞骨架的 F-肌动蛋白）。然后，他们使用强大的激光扫描显微镜观察了数十个活胚胎在发育的前 40 小时内的情况。 “我们可以看到这些细胞分裂和染色体分离，我们甚至可以实时捕获染色体分离缺陷，”普拉赫塔说。 例如，研究人员观察到，胚胎外层（称为滋养外胚层）的细胞在称为间期的细胞复制阶段（细胞在该阶段复制其 DNA）会丢失一些 DNA。 此类错误可能与染色体异常有关，例如非整倍性，这是一种以早期胚胎中染色体过多或缺失为特征的疾病，与妊娠失败和植入失败有关。 纽约市哥伦比亚大学的生育专家 Zev Williams 表示：“了解非整倍体何时发生，让我们有机会进行干预并尝试纠正问题。” 他补充说，最新的图像“以前所未有的清晰度”揭示了胚胎发育的最初几天。 不像老鼠 研究人员还能够比较人类胚胎和小鼠胚胎中的关键事件——这些事件通常被用作研究胚胎发育的模型。他们观察到一些重要的差异。例如，一种称为压缩的过程涉及细胞形状的改变，在人类胚胎中从 12 细胞阶段开始，而在小鼠中则从 8 细胞阶段开始；在人类胚胎中，这一过程也更加异步，导致内部和外部细胞形成的变化。 “检测这些微小的变化使得这篇论文如此新颖，”密苏里州圣路易斯华盛顿大学的细胞生物学家 Sade Clayton 说。“这些微小的差异实际上可能[转化为]子宫发育方面相当大的差异。” 作者希望在这项研究的基础上，使用低强度激光显微镜对人类胚胎进行更长时间的成像，并结合其他可以标记不同结构（例如细胞膜）的染料。 普拉赫塔说，这项技术有一天甚至可能会应用于临床。“将来，我们可以使用这种实时成像方法在诊所中无创地跟踪胚胎，”他说。他补充说，这可能成为在植入前确定“哪个胚胎可能具有最佳潜力”的测试的一部分。