eLife：科学家首次利用培养皿中的胚胎干细胞培育出了鱼眼结构！

2021年9月9日 讯 /生物谷BIOON/ --多能干细胞衍生的类器官有望解决当前基础和生物医学研究中科学家们所面临的挑战，然而，哺乳动物的类器官往往受限于发育时间长、成功率不高，且缺乏与体内参照物的直接比较。近日，一篇发表在国际杂志eLife上题为“Fish primary embryonic pluripotent cells assemble into retinal tissue mirroring in vivo early eye development”的研究报告中，来自海德堡大学等机构的科学家们通过研究发现，复杂的视网膜组织或能在培养皿中由硬骨鱼的胚胎干细胞培养出来；截止到目前为止，包括人类在内的哺乳动物机体的干细胞一直被用于进行类器官的研究。

这篇研究报告中，研究人员首次证明，青鳉（medaka）和斑马鱼的干细胞也能够在受控的实验条件下形成高度组织化的神经结构，研究人员希望能够深入理解机体视网膜发育的基本机制。类器官是由干细胞生长出来的组织碎片，其类似于真实的器官，通常能用于基础研究帮助获得细胞组织和器官发育的新信息，从而调查疾病的起源并帮助开发和检测新型疗法。

研究者Wittbrodt说道，鱼类类器官的主要优点在于其具有高度的可复制特性，且与来自哺乳动物干细胞的类器官不同，其能可靠非常迅速地发育并能与生长在子宫外的鱼类活体胚胎直接进行比较。这样一来，研究人员就能操控视网膜形成的分子和遗传机制。此前利用来自斑马鱼的干细胞进行研究后，研究者发现，在适当的培养下，斑马鱼的干细胞就能经历胚胎发育的特殊阶段；然而直到现在，海德堡大学的研究人员都并不清楚，来自鱼类的细胞培养物能成功组装成为高度复杂的神经结构，比如视网膜结构等；而本文研究填补了类器官研究的一项空白，研究人员成功培养了来自硬骨鱼的干细胞，使其在不到一周的时间里经历了一个惊人的发育过程，最后得到了一个复杂的视网膜结构。

为此，研究人员使用了来自青鳉（medaka）和斑马鱼胚胎的多能干细胞，这种细胞尚未分化且能潜在发育为多种不同的细胞类型；据研究者介绍，从单一的胚胎中提取的所有细胞都能在24小时内独立聚集形成一个大的视网膜结构；而在短短几天内其就能形成在鱼眼中发现的不同细胞类型的细胞层，包括光感受器细胞、双极细胞、杏仁核细胞和神经节细胞等。研究者表示，这种生长过程的高效性让人难以置信，一天之内就能产生数百个小型视网膜类器官，这种高产量就能使得研究人员精确分离出类似于有两只眼睛的头部结构的条件，包括大脑和视网膜的形成过程等。

研究者Venera Weinhardt博士补充道，然而，仅仅因为一个类器官的结构看起来像视网膜，并不意味着这些细胞的行为和生长就像她们在活体胚胎中一样；为了探索这个问题，研究人员使用了激光片层扫描显微系统，即一种能支持实时观察的成像过程，旨在比较培养液中的细胞和胚胎中细胞的行为差异；分析结果表明，其二者之间没有任何差异；在培养物和胚胎中，细胞都会沿着特定的路线移动到眼芽的外周，并结合形成所谓的眼泡结构。

研究人员还注意到，来自进化不同的青鳉和斑马鱼的类器官组织非常相似，这就让他们相信，早期眼睛发育的分子和遗传学机制在不同物种的进化过程中一直保留着，并且能与胚胎在发育过程中所暴露的环境影响无关；培养中的胚胎干细胞是否能形成除了视网膜以外的其它类器官，目前仍然是一个尚未解决的问题。综上，本文研究中，研究人员结合了先进的基因编辑技术来研究鱼类衍生的类器官的高效快速发展过程，从而就能帮助解决机体发育和疾病相关的问题等，并能帮助研究人员系统性地探索以物理环境对形态发生和分化所产生的影响。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Lucie Zilova， Venera Weinhardt， Tinatini Tavhelidse， et al. Fish primary embryonic pluripotent cells assemble into retinal tissue mirroring in vivo early eye development， eLife (2021). DOI：10.7554/eLife.66998