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尼古丁会在单细胞水平上影响胎儿发育澳门凯旋

Diana Bianchi预测,通过Hemberger的研究和类似的研究,对胎盘作用的更深层次的认识可能会改变美国孕妇的监测方式。Hemberger的研究小组确定了许多影响胎盘的基因后,继续表明,许多这些基因与发育中胎儿的血管,心脏和大脑问题相关。换句话说,心脏问题可能在胎盘时期就已经开始。研究人员在其中三个研究得更详细的小鼠基因中发现了一个胎盘问题,这个胎儿问题在10天左右就是造成胚胎死亡的唯一原因。如果这项工作适用于人类,这可能意味着对胎盘的修复可能会改变大量婴儿的生长过程,否则这些婴儿会出生过小或出生缺陷。。Hemberger说:“在你解决任何出错的问题之前,你需要理解正常的发展。” 她说,很多妊娠并发症,包括与胎盘相关的并发症,起源于头两至八周,仍然是“黑匣子”。

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胎儿刚刚出生时,胎盘看起来血腥又可怕。医生说有些父亲在产房看到这种场面会晕倒。它看起来是暗红色或者紫红色,约20厘米长,中心部分约3厘米厚。面向胎儿的一面布满分枝状的血管,从中凸起的脐带像个粗壮的杆。面向母亲的一侧嵌在子宫壁上,看起来粗糙又肉乎乎的。

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如果没有胎盘,子宫内的胚胎就不可行 - 但研究人员仍在困惑这个重要器官。现在,一个团队成功地在实验室中培育了简化且令人惊讶的长寿胎盘复制品。这些所谓的类器官可以作为未来的模型,以更详细地研究坚果饼的发展。这也可能为早孕并发症的原因提供新的线索。

研究人员指出,母亲孕期吸烟是新生儿出生缺陷的既定风险因素,并与后代的多种健康问题密切相关。虽然很多人因为意识到了吸烟的危害而远离烟草,但随着含有尼古丁的新型烟草制品如电子香烟的引入和推广,解决吸烟这一公共健康问题仍任重道远。而他们的研究数据表明,尼古丁会在单细胞水平上对人类胚胎干细胞分化造成直接的不良影响,严重影响胎儿的正常发育,这为教育公众,特别是年轻女性,在怀孕期间远离香烟提供了科学依据。

错综复杂的入侵者

胎盘在妊娠10到12周建立起血液供应。最终,它会入侵80到100个被称为螺旋动脉的子宫血管,并且长出总计50公里长的毛细血管。由胎盘细胞形成的微小的指头状突起被称为胎盘绒毛。绒毛上有胎儿的毛细血管,并且在与母亲血液接触的过程中吸取氧气、养料并处理掉废弃物。

这些被用于交换氧气和养料的组织摊开来大约有12平方米。每分钟都有约20%的母体血液要流经胎盘。入侵的先头部队是一种由胚胎外层发育而来的细胞,名为“滋养细胞”。在妊娠初期,这些细胞爆炸式增长,像一列列士兵一样鱼贯而出。

“自一开始,滋养细胞就极富侵略性。”费什博士说道,“它们穿透子宫内壁并在里面扎根。”

澳门凯旋门官网 3受精卵经过五天左右时间发育为一个空心球,称为“囊胚”;在外侧包裹的滋养层细胞作用下,囊胚埋入子宫内壁,里面的内细胞团则发育为胚胎。图片来源:NYT

它们会把挡路的母体细胞推到一边,通过消化酶摧毁它们,或者分泌物质诱导它们自杀。米歇尔•麦克马斯特(Michael McMaster)是加州大学旧金山分校细胞和组织生物学的教授,他说在这个初期阶段经常会出现问题。人们通常认为流产或者其他问题来自于胎儿本身,但是他说:“其实很可能是,在初期阶段,滋养细胞的广泛异常会导致流产或者日后的疾病。”

滋养细胞的侵略性之强,它们几乎可以在任何地方形成胎盘,甚至是子宫之外的组织。偶尔,怀孕会发生在子宫之外,比如输卵管或者腹部的其它位置,而胎盘这种快速又极具穿透力的生长会撕裂这些器官。有时胎盘会在子宫内壁薄弱或者子宫内壁缺失的地方形成,比如先前剖腹产留下的伤疤,这样的胎盘会侵入组织过深以至于无法在生产的时候安全取出,这种情况下,保护母亲不至于大出血致死的唯一途径只有将子宫取出。

滋养细胞是费什博士研究小组的主要研究对象,她的小组也担任着细胞库的角色,向全美其他研究人员提供细胞和组织样本。组内有一位样本采集员,负责承担一项微妙的任务——询问妇女是否愿意在生产之后捐献她们的胎盘用于研究。

费什的实验室发现,当滋养细胞入侵的时候,它们会改变表面一种称为粘着分子的蛋白,以增强自身的机动性。研究人员后来发现,癌细胞在从某个肿瘤入侵到身体的其它部位的时候也会做同样的事情。

滋养细胞还会发生其它的形式改变,比如模仿被它们入侵的血管细胞。它们会取代母亲自己的细胞,覆盖住给子宫内壁供养的螺旋动脉。这种“重塑”的过程会极大程度上地使动脉扩张,从而大量血液可以进入胎盘,以滋养胎盘绒毛。

“当我第一次读到这种解剖结构的时候,我简直不敢相信全世界没有一窝蜂都跑去研究它。”费什博士说道。

澳门凯旋门官网 4费什博士小组的成员斯黛芬妮•梁(Stephanie Leong)询问一名病人是否愿意捐献胎盘。图片来源:Jim Wilson

费什博士一边查看着被重塑过的动脉纤维照片,说道:“看这些血管的直径。它们好像是来自海底深渊的怪物。”

随后推出了人类胎盘计划,这是Eunice Kennedy Shriver国家儿童健康与人类发展研究所的一项倡议。自2015年以来,该项目投资超过6500万美元用于开发可在自然环境中研究胎盘的技术。

胎盘是母亲和未出生婴儿之间必不可少的界面:它在怀孕期间为孩子提供营养和氧气。此外,防止疾病的重要抗体通过该器官从孕妇传染给她的孩子。此外,母饼产生不同的妊娠激素

信使物质,确保胚胎不受母体免疫系统的攻击,并且可以不受阻碍地生长。如果胎盘不能完成所有这些重要任务,那么胚胎就不可行。因此,由于母饼的问题,怀孕期间出现许多并发症并不令人惊讶。例如,死产通常是由于胎盘的异常生长。

究竟是如何出现这种并发症,但到目前为止只是部分理解。“我们对这个重要的器官知之甚少,因为没有合适的研究功能模型,”剑桥大学的Margherita Turco说。为了改变这种状况,科学家多年来一直在努力开发所谓的类器官 - 胎盘的小型和简化复制品。Turco和她的同事现在已经在这方面取得了决定性的成功:他们已经成功地在实验室中繁殖了长寿命的迷你胎盘。为此,研究人员从人胎盘组织中提取出所谓的滋养层细胞,然后让它们长成3-D结构。

他们报道,滋养细胞在特定的营养培养基中在10到14天的时间内分化成不同的细胞类型,并形成类似于真正的乳脂中发现的子叶结构。因此,妊娠早期人胎盘的复制品是相似的。类器官接近原始但不仅在结构上非常接近:它们也是胎盘典型的激素。据科学家们说,这些信使物质的分泌甚至可以通过传统的妊娠试验证明。

迷你胎盘的特殊奖励是它们的长寿。Turco和她的团队能够证明有机体培养物在一年后仍然健康并继续生长。“长期培养的这种可能性是在早期胎盘等车型,其可在培养基中举行通常只有几天的一个关键优势”未参与此项研究的细胞生物学家贝特霍尔德Huppertz格拉茨医科大学评论。“这将使胎盘类器官在胎盘研究中占据一席之地。”

该研究的作者自己也有这样的希望:“迷你胎盘将帮助我们更好地了解怀孕的早期阶段,”共同作者格雷厄姆伯顿说。这可能会对孕产妇胎盘及相关疾病的发展产生新的见解。“可能有迹象表明妊娠并发症的发生,我们只怀疑它们是如何在妊娠早期出现的,”Huppertz总结道。

相关研究发表在最新一期《干细胞报告》杂志上。

费什博士和其他研究人员对胎盘进行了几十年的研究,但是她说:“跟我们应该了解的相比,我们对胎盘简直一无所知。我认为,胎盘研究这个方向里我们可以取得真正的医学研究突破,这种突破对妇女,儿童以及家庭的重要性是巨大的。”

这项研究让你想知道:人类有多少出生缺陷可能源于胎盘?“你不能只看胚胎,”加利福尼亚大学旧金山分校的Susan Fisher说,他研究胎盘细胞在妊娠早期如何进入子宫。

尼古丁是烟草的主要化学成分。已有大量动物模型研究表明,怀孕期间暴露在尼古丁环境下会增加妊娠并发症和器官发育异常的风险,对胎儿发育极为有害。但鉴于物种间存在巨大差异,动物模型研究的结果是否同样适用于人类,科学家们并不确定,他们对尼古丁对人类胚胎发育的影响和潜在的分子机制知之甚少。

会出问题的地方

入侵和重塑都是十分必要的:如果没有这些环节,胎盘就无法获取足够的血液以满足正常的生长需要,后果会十分严重。问题之一是先兆子痫,它影响着美国2%到5%的孕妇。在贫困国家,特别是非洲地区,该疾病的发病率会更高。先兆子痫会引起母亲血压升高和其他异常情况,并且会造成生命危险。

今天我们认为先兆子痫是一种胎盘疾病:大部分患有该病的妇女都有异常小的胎盘,当病理学家做产后检查时,通常会发现血块、色斑和供血系统发育不良。

为什么这些问题会发生,以及它们是怎么发生的,人们还不完全清楚。由于某些未知的原因,胎盘没有正常地形成,跟不上胎儿正常生长的需要。滋养细胞无法转换成动脉细胞,因而会产生大量异常的分子阵列,造成了母亲血压升高而且可能损害血管。

升高的血压也许是在尝试强迫更多血液循环进入胎盘,补偿供血不足。但这样是有后果的。唯一的治疗手段就是把孩子生出来——大概是因为分娩也移除了胎盘。

澳门凯旋门官网 5一份冷冻的胎盘组织样本,来自加州大学旧金山分校。费什博士说,“跟我们应该了解的相比,我们对胎盘简直一无所知。”图片来源:Jim Wilson

在某些医院,专攻胎盘研究的病理学家会检查难产或者患病新生儿案例中的胎盘,寻找问题发生的原因。马萨诸塞州总医院也会将看起来正常的胎盘在冰箱中储存大约两个星期,直到可以确定母亲和胎儿都健康。

杜希拉•J•罗伯茨(Drucilla J. Roberts)医生是马萨诸塞州总医院的一名胎盘病理学家,她说有胎盘病理学家或者有能力训练胎盘病理学家的医院相对来说比较少。在全美国范围内看,她估计,这样的医院不超过100家。我们需要更多这样的医院,她说。她和她的一位同事,罗斯玛丽•H•坦博特(Rosemary H. Tambouret)医生经常替其它不具备条件的医院检查胎盘样本。

“胎盘可以解释很多娩出死胎的原因。” 罗伯茨博士说。这些案例中一半的死因都没有搞清楚,但是往往都涉及胎盘异常,比如发生了感染,再比如或者一些母亲免疫系统似乎排斥了胎盘的异常情况。

“得到一个答案对这些家庭有多么重要,简直没法形容。”她说。知道问题出在哪里可以缓解很多父母对于死胎的罪恶感。这些信息同样可以告诉医生未来应该注意怀孕里的哪些迹象。

罗伯茨博士说,有过一个案例,检查胎盘帮助医生诊断出了父母之间存在免疫系统不相容,这种问题过去导致了多次死胎和流产。所幸这位母亲接受了相应的治疗,后来生下了一个健康的宝宝。

另外一名胎盘病理学家,丽贝卡•拜尔根(Rebecca Baergen)医生是纽约长老会医院和康奈尔医学中心的围产与待产期病理学负责人,她说,在某些病例中,特别是涉及胎儿死亡或者娩出死胎的病例,研究胎盘要比研究胎儿能提供更多的信息。她描述了一个病例,里面的胎儿非常的小,四肢不健全并且没有活下来。医生怀疑是发育异常,但是检查骨骼样本没有提供任何信息。

后来,这个案例中的胎盘送到了拜尔根医生手中。她发现供血系统中存在大量问题,因而推荐给母亲一系列相关检查。这些检查发现母亲有遗传性的血液异常。母亲接受过相应的治疗之后生下了健康的宝宝。

“胎盘本质上可以看作是子宫内生命的编年史。”她说,“它可以告诉我们正在发生着什么。它影响很多器官——肝脏,肾脏,呼吸系统,内分泌系统。它还可以提供很多关于母婴健康的信息。”(编辑:Ent)

2013年,Tina Hesman Saey在“ 科学新闻”上撰写了一篇关于探索胎盘的新的发现的专题。次年在纽约时报刊登文章,标题为《一个新生儿生命的神秘树》。

科技日报讯 怀孕的准妈妈们需要注意了,又有新证据表明吸烟会对腹中胎儿造成极大伤害。美国一项新研究显示,尼古丁会在单细胞水平上对人类胚胎发育产生广泛不利影响,新生儿暴露在尼古丁环境下3周后,就可能导致多种出生缺陷。

在这里,科学家准备好了手术刀、镊子还有一系列化学品,以从胎盘中提取那些强大得诡异的细胞,这些细胞像入侵军队一样扫荡子宫,统领一个女人的身体九个月来保证胎儿的存活。胎盘是胎儿的生命维持系统。这个碟形组织一面贴在子宫内壁上,一面连在脐带上,从胚胎细胞而不是母亲的细胞发育而来。有时它被称为胎衣:在婴儿出生之后被拿出来,大约一斤重,约是婴儿体重的六分之一。

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尼古丁会在单细胞水平上影响胎儿发育

(莘莘深/编译)这是几天前的一个早晨,一位女婴刚刚在加州大学旧金山分校医学中心出生。几分钟之后,她的胎盘——烂糊糊的一团器官,以前通常会被扔掉——就被当成宝贝一样包好,随后穿过迷宫般的走廊被送至苏珊•费什(Susan Fisher)教授的产科、妇科和生殖科实验室。

最近的研究表明,正常工作的胎盘可能比以前认为的更重要。Babraham研究所和剑桥大学的Myriam Hemberger以及英格兰和奥地利的同事一起研究了100多个已知胚胎存活所必需的基因。这些小鼠基因中超过三分之二与胎盘有关。在小鼠中,胎盘从卵黄囊中提取营养物质,提供给胚胎进行机体生命活动,胎儿的健康几乎总是与这些胎盘问题联系在一起。

此次,美国斯坦福大学和亚利桑那大学研究人员组成的研究小组,通过单细胞RNA测序技术,对21天期尼古丁暴露对人胚胎干细胞分化的影响进行了分析。他们发现,尼古丁不仅会引起细胞谱系特异性反应并造成细胞间通讯失调,还会降低细胞活力,增加一种被称为活性氧的破坏性分子的水平,从而导致胚胎干细胞衍生胚状体形成和分化异常。同时,尼古丁暴露也会改变从胚胎干细胞分化的内皮细胞、基质细胞和肌肉祖细胞的细胞周期。此外,研究人员还发现,尼古丁还会改变调节心肌关键功能的基因表达,造成细胞内钙离子信号异常。

美国国家儿童健康和人类发展研究所(National Institute of Child Health and Human Development)称胎盘是“我们了解最少的器官,但却可能是最重要的器官之一,不光是对孕期母婴,更是对终生健康而言”。

日本最近的研究可能会有所帮助。1月份,一个研究小组宣布推出并培育人类滋养层干细胞,这种细胞构成了胎盘的一大部分。虽然这些细胞已经从小鼠身上进行研究,但这可能标志着人们更了解胎盘形成的更多成果和详细努力的开始。

澳门凯旋门官网 7米尔汉•凯普迪克博士(Mirhan Kapidzic)拿着一块胎盘组织样本,旁边是苏珊•费什(Susan Fisher),身处加州大学旧金山分校的一个研究中心。图片来源:Jim Wilson

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在生殖免疫专家洛克(Y. W. Loke)的著作《生命至关重要的环节》中,胎盘被描述为“母亲身上的寄生虫”。他写道:“不夸张地说,胎盘是挖开母亲子宫,潜入其中,以从血液中吸取养分来供养受精卵。”

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在有些文化中,胎盘有灵性的意义,并且必须被埋起来或者按照相应的仪式进行处理。近几年在美国,有些妇女对吃胎盘这个想法越来越着迷——做熟,搅拌成泥,或者风干之后装入胶囊。我们还不太清楚这么干是不是个好主意。

NICHD主任,新生儿遗传学家Diana Bianchi说,“目前,涉及胎盘的研究历史悠久。”他称胎盘为器官,在当时被别人认为他像喜剧演员一样,没有得到尊重。但他的研究结果却是非常有价值的。婴儿出生后不久,他的脐带被切断,胎盘被排出母亲身上。在那个时候,检查其大小和血管是很简单的,并且看看疤痕或钙沉积是否提供了不良功能的线索。但是当胎儿已经成熟再预测胎儿有疾病或以任何可能最终保护母亲或婴儿的方式进行干预都为时已晚。例如,通过人类胎盘计划,研究人员利用超声在中期妊娠中研究胎盘血管和三维血流,并使用磁共振成像研究共享胎盘,具有单独的羊膜囊的双胞胎中的氧气分布。但是,这一些列胎盘工作对胎儿或者是母体是否会造成影响,不得而知。

它提供氧气,养料以及废物处理功能,扮演着肺、肝、肾和其它内脏的角色,直到胎儿自己的器官长好为止。胎盘如果有什么不妥,则会带来灾难性的后果,包括流产,死产,早产,胎儿体重不足和先兆子痫,最后一项会引起母亲血压上升,使大人和小孩都有生命危险。胎盘过大或者过小都是问题发生的预兆。越来越多的研究人员认为胎盘异常会永久性地改变母婴的健康状况。

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澳门凯旋门官网 11这张胎盘拓印是把胎盘树状分支浸入蓝色丙烯颜料而制成的。红色是事先画上去的,代表为胎盘供血的血管。图片来源:Michael McMaster

Hemberger和Fisher都认为胎盘的功能被低估了。我当然想到我的小胚胎转化为胎儿,从芝麻种子到葡萄大小的葡萄柚以及更大的胎儿,比我宝宝的组织盘还要多。Fisher称胎盘为“被遗忘的器官”。

五月份,该研究所举办的第一届关于胎盘的会议吸引了70余名科学家参与,大会旨在开展一项“人类胎盘工程”,目的在于找到早期检测胎盘异常的方法,以及相应的治疗和防御手段。

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胎盘如此关键,但令人惊讶的是我们对其知之甚少。比如,最近科学家们才开始怀疑胎盘并不是像以前被认为的那样是无菌的,而是可能有自己的微生物群,可能帮助胎儿形成免疫系统,并对胎儿日后的身体健康都有影响。

胎盘是整个怀孕期间胎儿的生命线。最新研究表明,建立小鼠模型,发现胚胎发育的一些问题实际上可能源于胎盘。胎盘对胎儿生长的重要性不言而喻。这个重要的器官完全形成需要大约12周的时间,在整个怀孕期间孕育了一个体重不断增长的胎儿,提供氧气,营养和抗体并消除部分病毒的侵害。胎盘细胞在妈妈和宝宝之间形成了深深的联系,这是生命延续的早期纽带。

科学家们描述人类胎盘的时候总会提起一个让人有些不舒服的词,那就是“侵入性”。一旦受精卵在子宫着床,胎盘就会开始在子宫内壁上形成,它把自己深深地嵌入母体的组织中,并且强势地接入母亲的血管,让科学家们不免联想到癌症。在大部分别的哺乳动物中,胎盘的连结都要比人浅得多。

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