在顯微鏡下，每個(gè)多細(xì)胞生物生命的初幾個(gè)小時(shí)似乎混亂得很混亂。受精后，一個(gè)曾經(jīng)平靜的單細(xì)胞卵一次又一次分裂，迅速變成肉眼可見(jiàn)的雜亂無(wú)章的卵池，這些卵池試圖在迅速生長(zhǎng)的胚胎中定位。

 

然而，在這種明顯的pan癥中，細(xì)胞開(kāi)始自我組織。很快，出現(xiàn)了空間模式，為構(gòu)造組織，器官和從大腦到腳趾以及介于兩者之間的所有事物的精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直在深入研究這個(gè)稱為形態(tài)發(fā)生的過(guò)程，但是在許多方面仍然是令人迷惑的。

現(xiàn)在，哈佛醫(yī)學(xué)院和奧地利科學(xué)技術(shù)學(xué)院(IST)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種關(guān)鍵的控制機(jī)制，細(xì)胞可以利用這種機(jī)制在早期胚胎發(fā)育中自我組織。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)于10月2日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，闡明了多細(xì)胞生命的基本過(guò)程，并為改善組織和器官工程策略開(kāi)辟了新途徑。

由HMS Blavatnik研究所系統(tǒng)生物學(xué)教授Sean Megason領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組研究斑馬魚(yú)胚胎中的脊髓形成，發(fā)現(xiàn)不同的細(xì)胞類型表達(dá)了粘附分子的*組合，以便在形態(tài)發(fā)生過(guò)程中進(jìn)行自我分選。即使在發(fā)育中的胚胎中發(fā)生了廣泛的細(xì)胞重排，這些“粘附代碼”也決定了哪些細(xì)胞更喜歡保持連接，以及保持連接的強(qiáng)度。

研究人員發(fā)現(xiàn)，粘附代碼受形態(tài)發(fā)生子調(diào)控，形態(tài)發(fā)生子是長(zhǎng)期已知的主要信號(hào)分子，可控制發(fā)育過(guò)程中的細(xì)胞命運(yùn)和模式形成。結(jié)果表明，形態(tài)發(fā)生子的相互作用和粘附特性使細(xì)胞能夠以構(gòu)建生物體所需的精度和一致性進(jìn)行組織。

該研究的共同通訊作者麥格森說(shuō)：“我實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是了解生物形式的基本設(shè)計(jì)原理。” “我們的發(fā)現(xiàn)代表了一種解決形態(tài)發(fā)生問(wèn)題的新方法，這是胚胎學(xué)中古老，重要的方法之一。我們認(rèn)為這是進(jìn)行此類工作的冰山一角。”

這組作者說(shuō)，對(duì)細(xì)胞在早期發(fā)育中如何自我組織的見(jiàn)解還有助于工程化組織和器官以用于臨床用途，例如移植。

布拉瓦特尼克研究所(Blavatnik Institute)系統(tǒng)生物學(xué)研究員托尼·蔡(Tony Tsai)說(shuō)：“為研究或醫(yī)學(xué)應(yīng)用構(gòu)建人造組織是至關(guān)重要的目標(biāo)，但目前大的問(wèn)題之一是不一致。” “從了解和逆向工程中可以學(xué)到一個(gè)明確的教訓(xùn)，即正在發(fā)育的胚胎中的細(xì)胞如何能夠以這種健壯和可復(fù)制的方式構(gòu)建生物體的成分。”

在Tsai的帶領(lǐng)下，與IST Austria的Carl-Philipp Heisenberg及其同事合作，研究團(tuán)隊(duì)首先研究了形態(tài)發(fā)生成熟的框架之一，法國(guó)國(guó)旗模型。

在該模型中，形態(tài)發(fā)生子從胚胎中的局部來(lái)源釋放，使附近的細(xì)胞比遠(yuǎn)處的細(xì)胞暴露于更高水平的信號(hào)分子中。細(xì)胞暴露于何種形態(tài)發(fā)生素會(huì)激活不同的細(xì)胞程序，特別是那些決定細(xì)胞命運(yùn)的程序。因此，形態(tài)發(fā)生子的濃度梯度將圖案“繪制”到細(xì)胞群上，喚起法國(guó)國(guó)旗的*色帶。

但是，此模型有局限性。Megason實(shí)驗(yàn)室先前的研究在整個(gè)斑馬魚(yú)胚胎中使用活細(xì)胞成像和單細(xì)胞跟蹤，以顯示形態(tài)發(fā)生子信號(hào)可能嘈雜且不jing確，尤其是在“標(biāo)志”的邊界。另外，發(fā)育中的胚胎中的細(xì)胞不斷分裂并處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這可能會(huì)擾亂形態(tài)發(fā)生信號(hào)。這導(dǎo)致細(xì)胞類型的初始混合圖案。

盡管如此，即使在嘈雜的開(kāi)始時(shí)，細(xì)胞也會(huì)自動(dòng)分選為jing確的模式，在當(dāng)前的研究中，研究小組著手了解如何進(jìn)行。他們專注于50年前提出的假設(shè)，即差異粘附。該模型表明細(xì)胞粘附于某些其他細(xì)胞類型，其自我分選的方式類似于油和醋隨時(shí)間的分離方式。但是，幾乎沒(méi)有證據(jù)表明這在構(gòu)圖方面起作用。

為了進(jìn)行研究，Megason，Tsai及其同事開(kāi)發(fā)了一種方法來(lái)測(cè)量細(xì)胞相互粘附的力。他們將兩個(gè)單獨(dú)的細(xì)胞放在一起，然后用來(lái)自兩個(gè)微量移液器的jing確控制的吸力將其拉到每個(gè)細(xì)胞上。這使研究人員能夠測(cè)量將細(xì)胞拉開(kāi)所需的jing確力量。通過(guò)一次分析三個(gè)單元，它們還可以建立粘附偏好。

研究小組使用這項(xiàng)技術(shù)研究了三種不同類型的神經(jīng)祖細(xì)胞的模式，這些神經(jīng)祖細(xì)胞參與了斑馬魚(yú)胚胎的新生脊髓的構(gòu)建。

實(shí)驗(yàn)表明，相似類型的細(xì)胞牢固且優(yōu)先地相互粘附。為了鑒定相關(guān)的粘附分子編碼基因，研究人員使用單細(xì)胞RNA測(cè)序分析了每種細(xì)胞類型的基因表達(dá)譜。然后，他們使用CRISPR-Cas9一次阻止一個(gè)候選基因的表達(dá)。如果圖案的形成被破壞，他們將應(yīng)用拉力試驗(yàn)來(lái)觀察分子對(duì)粘附的貢獻(xiàn)。

N-鈣粘著蛋白，鈣粘著蛋白11和原鈣粘著蛋白19這三個(gè)基因?qū)τ谡ＤＪ街陵P(guān)重要。這些基因的不同組合和不同水平的表達(dá)是粘附偏好差異的原因，代表了該團(tuán)隊(duì)所稱的粘附代碼。該代碼對(duì)于每種細(xì)胞類型都是wei一的，并確定每種細(xì)胞類型在形態(tài)發(fā)生過(guò)程中保持連接的其他細(xì)胞。

蔡說(shuō)：“我們觀察到的所有三種粘附分子在每種細(xì)胞類型中均以不同的量表達(dá)。” “細(xì)胞使用該代碼優(yōu)先粘附到其自身類型的細(xì)胞，這使得不同的細(xì)胞類型可以在模式形成過(guò)程中分離。但是細(xì)胞還必須與其他細(xì)胞類型保持一定水平的粘附性，因?yàn)樗鼈儽仨殔f(xié)作形成組織。將這些本地交互規(guī)則組合在一起，我們可以闡明全局圖景。”

由于粘附代碼是特定于細(xì)胞類型的，因此研究人員假設(shè)它可能由決定細(xì)胞命運(yùn)的相同過(guò)程控制，即形態(tài)發(fā)生子信號(hào)傳導(dǎo)。他們研究了如何干擾一種著名的形態(tài)發(fā)生子-聲波刺猬(Shh)，如何影響細(xì)胞類型和相應(yīng)的黏附分子基因表達(dá)。

分析表明，細(xì)胞類型和粘附分子基因表達(dá)在水平和空間位置上都高度相關(guān)。這在整個(gè)新生脊髓中都適用，其中細(xì)胞類型和粘附分子的基因表達(dá)模式根據(jù)Shh活性的不同而一起改變。

麥格森說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)這種形態(tài)發(fā)生素不僅控制細(xì)胞命運(yùn)，而且還控制細(xì)胞粘附。” “法國(guó)國(guó)旗模型給出了一個(gè)粗略的草圖，然后不同的粘附力形成了jing確的圖案。結(jié)合這些不同的策略似乎是細(xì)胞如何在3D空間和時(shí)間上隨著胚胎的形成建立圖案。”

研究人員現(xiàn)在正在進(jìn)一步研究發(fā)育中的胚胎中嗎啡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和粘附之間的相互作用。這組作者說(shuō)，當(dāng)前的研究只研究了三種不同的細(xì)胞類型，還有許多其他的粘附分子候選物和形態(tài)發(fā)生子還有待分析。此外，關(guān)于形態(tài)發(fā)生子如何控制細(xì)胞類型和粘附分子表達(dá)的細(xì)節(jié)仍不清楚。

作者說(shuō)，更好地理解這些過(guò)程可以幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和逆向工程，即單細(xì)胞卵構(gòu)建整個(gè)生物體的基本機(jī)制。這可能會(huì)對(duì)生物技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，特別是對(duì)于建立用于移植或測(cè)試新藥物候選物的人造組織和器官的努力。

Megason說(shuō)：“目前組織工程學(xué)的問(wèn)題是我們只是不知道基礎(chǔ)科學(xué)是什么。” “如果您想在流上建立一個(gè)小橋，也許您可??以在不了解物理的情況下做到這一點(diǎn)。但是，如果您想建造一個(gè)大型的懸索橋，則需要對(duì)底層物理有很多了解。我們的目標(biāo)是弄清楚這些規(guī)則對(duì)胚胎有什么影響。”

來(lái)源：生物幫

 

胎牛血清 在細(xì)胞培養(yǎng)中的作用：

1. 提供對(duì)維持細(xì)胞指數(shù)生長(zhǎng)的激素，基礎(chǔ)培養(yǎng)基中沒(méi)有或量很少的營(yíng)養(yǎng)物，以及主要的低分子營(yíng)養(yǎng)物。

2. 提供結(jié)合蛋白，能識(shí)別維生素、脂類、金屬和其他激素等，能結(jié)合或調(diào)節(jié)它們所結(jié)合的物質(zhì)活力。

3. 有些情況下結(jié)合蛋白質(zhì)能與有毒金屬和熱原質(zhì)結(jié)合，起到解毒作用。

4. 是細(xì)胞貼壁、鋪展在塑料培養(yǎng)基質(zhì)上所需因子來(lái)源。

5. 起酸堿度緩沖液作用。

6. 提供蛋白酶抑制劑，使在細(xì)胞傳代時(shí)使剩余胰蛋白酶失活，保護(hù)細(xì)胞不受傷害。

7. 參與細(xì)胞凍存。

在細(xì)胞培養(yǎng)中，胎牛血清加入基礎(chǔ)培養(yǎng)基的濃度大多為5%～20%（常見(jiàn)為10%）的。具體到不同試驗(yàn)，應(yīng)依據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，或細(xì)胞類型或基礎(chǔ)培養(yǎng)基的成分來(lái)確定較佳濃度。

胎牛血清應(yīng)在-20℃儲(chǔ)存，運(yùn)輸應(yīng)干冰冷鏈運(yùn)輸，避免反復(fù)凍融，確保血清中因子活性不受影響，保證血清優(yōu)良品質(zhì)。