使用囊胚补充技术从胚胎干细胞体内生成肺和甲状腺组织
研究背景: 运用诱导多能干细胞或胚胎干细胞(ESCs)的衍生细胞，再生和替代肺细胞或组织的治疗手段象征着未来解决高危肺部疾病的方法。但受到技术限制的挑战，很难造出能够维持肺功能的高度分化的细胞。至今从未有过通过诱导多能干细胞或ESCs的定向分化产生含有功能性肺组织的气道、肺泡、脉管系统和基质。我们试图通过囊胚补充技术产生从支气管到肺泡的所有肺组织成分。
研究背景: 运用诱导多能干细胞或胚胎干细胞(ESCs)的衍生细胞，再生和替代肺细胞或组织的治疗手段象征着未来解决高危肺部疾病的方法。但受到技术限制的挑战，很难造出能够维持肺功能的高度分化的细胞。至今从未有过通过诱导多能干细胞或ESCs的定向分化产生含有功能性肺组织的气道、肺泡、脉管系统和基质。我们试图通过囊胚补充技术产生从支气管到肺泡的所有肺组织成分。
研究目标: 确定 ESC 是否能够在具有肺发育不全的 Nkx2-1-/- 小鼠胚胎中产生肺组织。
研究方法: 用囊胚补充技术从正常小鼠胚胎干细胞和Nkx2-1中产生嵌合体−/− 缺乏肺组织的胚胎。用免疫染色、透射电镜、荧光活化细胞分类分析和单细胞RNA测序等方法检测Nkx2-1-/- 嵌合体。
本研究的检测和主要结果: 尽管在 Nkx2-1 基因缺失的胚胎中完全缺乏外周肺和甲状腺组织，但在 ESC 互补后，Nkx2-1-/- 嵌合体中的肺和甲状腺结构得到了恢复。Nkx2-1-/- 嵌合体恢复肺中的呼吸上皮细胞谱系几乎完全来自 ESC，而内皮细胞、免疫细胞和基质细胞则是嵌合体。根据形态学、超微结构、基因表达特征和荧光活化细胞分类鉴定细胞类型的细胞表面蛋白，来自多个呼吸细胞谱系的 ESC 衍生细胞高度分化且与内源性细胞不可区分。
研究结论: 通过囊胚补充技术，从胚胎干细胞体内生成肺和甲状腺组织。Nkx2-1-/- 嵌合体可用作“生物反应器”，研究 ESC 衍生祖细胞的体内分化和功能。
研究概览
本研究主题的科学知识
使用多能干细胞、胚胎干细胞 (ESCs) 和诱导多能干细胞再生或替代肺细胞和组织代表了未来治疗威胁生命的肺部疾病的方法，但受到技术限制的挑战，很难产出能够维持肺功能的高度分化细胞。我们试图通过与供体 ESC 的胚胎互补来产生从支气管到肺泡的所有肺组织成分。
本研究的突破点
使用囊胚补充技术，我们在缺乏这些组织的 Nkx2-1-/- 小鼠胚胎中产出了 ESC 衍生的肺和甲状腺。基于基因表达特征、细胞表面蛋白和超微结构特征，ESC 衍生的呼吸细胞谱系与内源性肺细胞难以区分。Nkx2-1-/- 嵌合体可以被考虑用作“生物反应器”，用于在未来的细胞治疗中使用患者的诱导多能干细胞在体内分化呼吸细胞谱系。
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