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2号站小鼠模型有助于跟踪生物体从胚胎期到成人期的发育过程

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波士顿儿童医院(Boston Children’s Hospital)和达纳-法伯癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute/Harvard Medical School)的干细胞研究项目的科学家们设计出了一种小鼠模型,让研究人员可以跟踪体内从胚胎期到成年期的每一个细胞。
 
利用“条形码”技术和CRISPR基因编辑技术,该模型可以识别不同类型的细胞,二号站平台以及它们各自开启的基因。5月14日发表在《细胞》(Cell)杂志上的文章称,该系统是首个此类系统,应该会让人们对发育、衰老和疾病有更深入的了解。
 
许多发育生物学家几十年来的梦想是,在胚胎发育或组织形成的过程中,一个细胞一个细胞地重建每一个单细胞谱系。我们可以用这个老鼠模型来跟踪它的整个发展过程。”
 
费尔南多·卡马戈博士,干细胞项目高级研究员
 
Camargo也是这篇论文的联合高级作者之一,他与Dana-Farber癌症研究所/哈佛医学院的Sahand Hormoz博士共同撰写了这篇论文。
 
Camargo, Hormoz和他们各自实验室的共同第一作者——Sarah Bowling博士和Duluxan Sritharan——使用一种他们称为CRISPR阵列修复谱系追踪或CARLIN的方法创建了小鼠模型。该模型可以揭示细胞谱系——父细胞产生不同类型子细胞的“族谱”——以及随着时间的推移,每个细胞中哪些基因是开启或关闭的。
 
单细胞跟踪、活
 
此前,科学家们只能使用染料或荧光标记来追踪小鼠体内的一小群细胞。
 
标签或条形码也被使用,但以前的方法需要事先了解标记物以分离不同的细胞类型,或需要耗时提取和操作细胞,这可能会影响它们的属性。
 
CRISPR的出现使研究人员能够在不扰乱细胞的情况下对细胞进行编码,2号站并同时追踪数千个细胞的谱系。
 
使用一种可诱导的CRISPR形式,研究人员可以在小鼠生命周期的任何时间点创建多达44000个不同的识别条形码。
 
然后,科学家们可以使用另一种名为单细胞RNA测序的技术读出条形码,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,研究人员利用新系统揭示了胚胎发育过程中血液发育的未知方面,并观察了成年小鼠化疗后血液补充的动态。
 
但研究人员相信,他们的系统也可以用来了解疾病和衰老过程中细胞谱系树的变化。此外,该系统可用于记录对环境刺激的反应,如病原体暴露和营养摄入。
 
“能够创建哺乳动物组织的单细胞谱系图是前所未有的,”Camargo说,他也是哈佛干细胞研究所的成员。“除了它在研究发育生物学上的许多应用外,我们的模型还将对细胞类型和层次结构提供重要的见解,这些细胞类型和层次结构在生物体对损伤和疾病做出反应时受到了影响。”

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