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合成生物学
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合成生物学/Journal Synthetic Biology JournalCSCDCSTPCD北大核心
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    类器官、器官芯片与合成生物学:前沿科技交响曲

    李天晴秦建华
    695-699页
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    人胚胎早期发育与干细胞

    艾宗勇张成庭牛宝华尹宇...
    700-718页
    查看更多>>摘要：人胚胎早期发育包括三个重要阶段:①从受精卵到晚期囊胚的着床前阶段;②从晚期囊胚到原肠运动前的围着床阶段;③从原肠运动到早期器官发生的原肠后阶段.后两个阶段统称为着床后早期发育阶段.妊娠过程中,不育(胚胎着床失败或流产)和胎儿出生缺陷,很大程度上是胚胎的着床后早期发育出现异常所致.人着床后早期胚胎,由于位于母体子宫,且尺寸较小,不易对其观察和研究,因此,这一阶段的胚胎发育过程长期处于"黑匣子"状态.近年来,随着单细胞组学技术和胚胎体外延长培养系统的建立,以及胚胎和胚外干细胞、类器官和类胚胎领域的快速发展,使得人胚胎着床后早期发育的神秘面纱被慢慢揭开.本文从人胚胎早期发育、胚胎和胚外干细胞、类胚胎和类器官研究的视角,结合细胞通信、谱系互作、信号梯度、黏附分子、生物力学和细胞外基质等因素对细胞分选、迁移重排和自我组织的影响,概述了人胚胎早期发育过程中的发育原理,当前胚胎和胚外干细胞的研究进展以及用其模拟人胚胎早期发育的研究现状、存在问题和发展方向,以期能够帮助理解人胚胎早期发育的奥秘.

    人胚胎发育着床干细胞类胚胎类器官自我组织原肠运动器官发生

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    人类早期胚胎发育体外模型研究进展

    胡博文陈家斌刘晓东
    719-733页
    查看更多>>摘要：人类早期胚胎发育阶段对于胎儿的健康出生至关重要.然而,由于伦理和技术的限制,人类早期胚胎发育的具体调控机制仍未完全解密.除了人类胚胎体外培养技术以外,以干细胞为基础模拟人类真实胚胎结构的体外模型被构建出来,被称为"类胚胎/胚胎模型".通常人类胚胎模型可大致分为两类:非整合型和整合型胚胎模型.整合型胚胎模型通常包含胚内和胚外细胞类型并具有发育成完整胎儿的潜力,而非整合型胚胎模型则不包含任何相关的胚外组织.本文系统总结了人类体外非整合型和整合型胚胎模型的最新研究进展,探讨了有关国际干细胞研究的伦理政策,并简要阐述了人类胚胎模型潜在的应用前景和未来机遇.以期为研究人类早期胚胎发育过程中不同细胞谱系的特化轨迹,以及早期胚胎发育缺陷等重大疾病的临床药物筛选和再生医学提供新的研究思路.

    早期胚胎发育非整合型胚胎模型整合型胚胎模型着床前着床后干细胞

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    干细胞模拟发育:细胞元件、胚胎模型与工程方法

    韩宜钊郭佳邵玥
    734-753页
    查看更多>>摘要：近百年来,胚胎发育的理论基础主要源于对模式动物的研究,珍稀哺乳动物的发育研究一直受到种间差异、伦理及技术手段等条件的制约.随着干细胞技术的迅猛发展,研究者们利用干细胞构建体外胚胎模型突破传统发育研究的局限性.目前,胚胎模型是否能够完全模拟真实胚胎的发育过程尚待验证,但这无疑为发育生物学研究带来新的可能性.本文以小鼠和人为主要讨论模型,总结用于构建胚胎模型的干细胞种类,阐释不同干细胞在模拟发育过程中的作用和重要性.文章系统呈现了胚胎在不同发育阶段的关键事件和时空动态过程,全面阐述胚胎模型取得的显著成果,详细探讨如何评估胚胎模型的仿生度,以及生物工程学方法在胚胎模型开发中的关键作用,为胚胎模型的进一步优化和发展提供参考.通过对胚胎模型领域的深入研究,有助于更全面细致地了解胚胎发育过程,并为早期发育研究、疾病研究、药物筛选、生殖医学及毒性评估等领域提供更为精确的理论依据和应用工具,进而为未来生命科学的发展开辟新的途径.

    干细胞胚胎模型哺乳动物胚胎学微环境生物工程高保真度自组装

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    脑类器官在再生医学中的研究进展

    洪源刘妍
    754-769页
    查看更多>>摘要：脑类器官是一种基于人多能干细胞的三维体外模型,能够模拟人脑的细胞异质性、结构和功能.再生医学是一个多学科交叉的领域,致力于应用工程学和生物学手段修复因年龄、疾病或外伤而受损的组织或器官.脑类器官技术作为再生医学领域的一种重要手段,具有广阔的应用前景和重要的科学意义.近年来,利用组织工程和诱导因子分化技术,研究人员成功构建出不同脑区的脑类器官模型,可用于模拟脑损伤或修复病变组织.本文将系统介绍包括大脑皮层、海马、纹状体、中脑、丘脑及下丘脑、小脑和视网膜在内的脑区特异类器官构建技术的最新进展,总结其在再生医学领域中的应用,并概括当前脑类器官应用面临的挑战,如异质性大、缺乏脉管系统和成熟度较低等.这将加深对人类大脑的理解,并增强脑类器官在基础研究和临床研究中的进一步应用.

    脑类器官药物筛选疾病模型个体化医疗再生医学

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    睾丸类器官在体外精子发生中的研究进展

    张博航祁晓萱袁艳
    770-781页
    查看更多>>摘要：随着全球不孕不育问题的日益严重,特别是男性不育症的比例逐年上升,睾丸类器官的研究为这一领域提供了新的希望和策略.本综述全面探讨了睾丸类器官在模拟自然生精环境、深入探究精子发生机制以及应对男性生殖健康挑战中的应用.首先,介绍了睾丸的生理功能和精子发生过程的重要性,关注了睾丸组织体外培养和睾丸细胞重聚类器官的技术及其研究进展.其次,探讨了睾丸类器官在探究分子机制、药物筛选和毒性评估及男性生育力保存方面的潜在应用.最后,对当前方法的局限性和未来研究方向进行了讨论,特别是在提高体外环境下精子质量和成熟度方面的研究成果.尽管睾丸微环境复杂,在体外完整模拟人类精子发生仍面临挑战,但睾丸类器官领域的不断发展有望为临床生殖医学和男性健康研究提供新的解决方案.

    睾丸类器官精子发生生殖医学睾丸微环境应用

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    合成生物学在干细胞工程化改造中的研究进展

    蔡冰玉谭象天李伟
    782-794页
    查看更多>>摘要：多能干细胞具备自我更新能力和多向分化潜能,其分化衍生的细胞及类器官在再生医学中具有巨大的应用潜力.但是干细胞临床转化仍然存在许多挑战.合成生物学"自上而下"的设计理念,结合基因编辑以及合成受体在内的强大工具库,能够赋予细胞新的功能,实现干细胞工程化改造.在此,本文总结了多能干细胞的临床应用和干细胞临床转化面临的主要挑战(干细胞分化衍生物的致瘤性、异质性、免疫原性),以及合成生物学在干细胞工程化改造中的应用(精确控制细胞命运、调控细胞通信、优化类器官结构功能、监测并清除致瘤细胞).这些合成生物学工具为干细胞工程化改造提供了新的策略和平台,有望解决干细胞临床应用现存的诸多挑战,推动再生医学的进一步发展,实现"器官再生"这一核心目标.

    多能干细胞类器官合成生物学细胞治疗干细胞工程化改造

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    类器官技术与合成生物学协同研究进展

    陈子苓向阳飞
    795-812页
    查看更多>>摘要：类器官由成体干细胞或多能干细胞在体外分化而来,可以在细胞类型、空间结构及生理功能上实现对体内组织器官的模拟.类器官的构建及技术完善,推动了发育生物学、遗传学、病理毒理学等发展.合成生物学是一门多学科交叉的新兴学科,以工程学思想为指导,旨在通过工程化、模块化的方法设计、改造、构建生物元件、系统、功能等.近年来类器官构建的优化方案体现了与合成生物学契合的研究理念,而合成生物学的发展及相关方法的产生也为类器官技术的发展起到了推动作用.本文将概述类器官和合成生物学的发展历程与面对的挑战,探讨类器官优化过程中合成生物学策略的体现与新兴的合成生物学工具对于类器官在时空命运调控、结构自组织及功能形成等方面的优化作用,简述基于类器官模型的研究对于合成生物学发展的促进作用.总的来说,本文旨在阐述合成生物学与类器官构建及优化之间相辅相成、互相促进的关系,并进一步探讨合成生物学与类器官在未来结合应用的潜力.

    细胞命运决定CRISPR类器官器官芯片合成生物学

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    肝器官芯片在生物医学研究中的应用进展

    陈汐玥王亚清包芳秦建华...
    813-830页
    查看更多>>摘要：肝脏具有复杂结构和多种功能,包括血糖调控、蛋白合成、解毒和药物代谢等,在维持人体正常生理活动中起着重要作用.传统的二维细胞培养和动物模型已被广泛用于肝脏生理或疾病研究,但它们在反映人体组织真实微环境和对药物反应等方面仍存在一定局限.因此,建立高仿真度肝脏体外模型对于肝病研究、药效与毒性评价至关重要.本文概述了传统肝脏体外模型在实现近生理复杂微环境模拟、肝组织特异性功能准确复现等方面的局限性,总结了以器官芯片为代表的新型肝脏体外模型的设计策略、技术特点及其在生物医学领域的研究进展.文中重点介绍了肝器官芯片仿生构筑和实现肝组织微环境模拟的关键要素,包括多细胞组分、肝窦/肝小叶结构、生化因子梯度和流体因素等,并对未来结合其他先进手段(如类器官、生物材料和基因编辑等)等,建立高度生理相关性的肝器官芯片和微生理系统的发展前景予以展望.

    肝脏器官芯片类器官疾病研究药物评价

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    胎盘芯片及其在生殖医学领域的研究进展

    曹荣凯秦建华王亚清
    831-850页
    查看更多>>摘要：胎盘是连接母体与胎儿的重要器官,在孕期发挥着物质交换、激素分泌、免疫调控和屏障防御等多种功能,对维持胎儿正常发育起着关键作用.胎盘功能障碍可能会导致多种妊娠并发症,如先兆子痫、胎儿生长受限和早产等,增加母胎发病率和死亡率.尽管传统的二维细胞培养和动物模型已被用于研究胎盘生理或病理,但仍存在一定局限.器官芯片是一种新型体外模型系统,它将工程学技术与生物学策略相结合,能够在体外模拟人体组织器官的关键结构和功能特点,在组织器官发育、疾病建模和药物评价等方面具有广泛的应用潜力.本文概述了目前胎盘芯片模型的构建及其在妊娠相关疾病、发育毒性评估和母胎界面药物转运等应用中的研究进展.依据人体胎盘发育过程和组织微环境特点,重点介绍了胎盘芯片模型的构筑原理和关键要素,如多细胞组分、胎盘屏障、氧张力、流体剪切力和细胞外基质微环境等,以及其他工程策略包括类器官、生物打印和水凝胶材料等,为实现仿生胎盘模型的体外构建提供了新的思路.此外,本文还讨论了现有胎盘模型在复杂性和功能成熟度等方面面临的局限和挑战,最后展望了未来发展先进的体外胎盘模型并推动其在生殖医学领域的应用前景.

    胎盘干细胞器官芯片类器官生殖医学

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