Nature|第一次前所未有地观察子宫外生长的高级小鼠胚胎

　　

近100年来胚胎发育领域备受追捧的圣杯——观察由相同细胞组成的小球如何在成为哺乳动物胚胎的过程中首先附着在子宫壁上，然后发育成神经系统、心脏、胃和四肢。

魏茨曼科学研究所的Jacob Hanna教授和他的团队现在已经完成了这项壮举。他们创建了一种在子宫外生长小鼠胚胎的方法，实现了胚胎植入后的初始阶段观察。这个工具将帮助研究人员理解基因编码的发育、出生发育缺陷以及涉及胚胎植入的程序。这项研究的结果发表在Nature上。

研究所分子遗传学系的Hanna解释说，今天对哺乳动物胚胎发育的了解很多，要么来自观察非哺乳动物如青蛙或产透明卵的鱼的过程，要么来自包括小鼠胚胎的解剖静态图像，或者综合这两种方法。自20世纪30年代以前，在子宫外生长早期胚胎的想法一直存在，但基于这些建议的实验成功有限，生成的胚胎往往是异常的。

Hanna的团队决定更新这项工作，重点是胚胎干细胞开发计划的实施方式。七年多来，通过反复试验、微调和复查，他的团队提出了一个两步过程，在这个过程中，他们能够在子宫外正常生长发育中的小鼠胚胎六天——大约是妊娠20天的三分之一——到那时，胚胎已经有了明确的身体计划和可见的器官。“对我们来说，这是胚胎发育中最神秘和最有趣的部分，我们现在可以观察它并以惊人的细节进行实验，” Hanna说。

该研究由Alejandro Aguilera Castrejon，Bernardo Oldak博士，已故的Rada Massarwa博士和Hanna实验室的Noa Novershtern博士以及Hanna的前学生Itay Maza博士领导。

第一步研究人员从它们植入子宫后立即开始，持续两天，在这个阶段，始于几天大的小鼠是由250个相同干细胞组成的球。将它们置于实验室培养皿中的特殊生长培养基上，附着在这种培养基上就像它们附着在子宫壁上一样。通过这一步骤，他们成功地复制了胚胎发育的第一阶段，其中胚胎的大小在它们分为三层：内部，中间和外部时双倍和三倍的增加。

超过两天，随着胚胎进入下一个发育阶段：从每一层形成器官，这时它们需要额外的条件。第二步，科学家们将胚胎置于小烧杯中的营养液中，将烧杯放在滚筒上，使溶液保持运动并不断混合。这种混合似乎有助于保持胚胎在没有母体血液流向胎盘的情况下生长，沐浴在营养物质中。除了仔细调节烧杯中的营养物质外，研究小组还在进一步的实验中学习了密切控制气体，氧气和二氧化碳，不仅仅是数量，还有气体压力。

为了检查他们在整个两个步骤中观察到的发育过程是否正常，研究小组与在相关时间段内从怀孕小鼠身上取出的胚胎进行了仔细的比较，结果表明，两组的分层和形成器官是一致的。在随后的实验中，他们插入胚胎基因，用荧光颜色标记生长器官。这项尝试的成功表明，使用该系统进行涉及各种遗传和其他操作的进一步实验应产生可靠的结果。“我们认为您可以将基因或其他元素注入细胞，改变条件或用病毒感染胚胎，我们展示的系统将为您提供与小鼠子宫内发育一致的结果，”Hanna说。

“如果你给胚胎一个正确的条件，它的遗传密码将像一个预先设定的多米诺线，一个接一个地落下。我们的目标是重建这些条件，现在我们可以实时观看每个多米诺骨牌击中下一个条件。该方法将降低成本并加速过程发育生物学领域的研究，以及减少对实验动物的需求。”

事实上，Hanna实验室的下一步将是看看他们是否可以跳过从怀孕小鼠中移动胚胎的步骤。他和他的团队打算尝试创建由干细胞制成的人造胚胎重复本研究。除此之外，他们希望能够运用他们的新方法来回答这样的问题：为什么这么多怀孕未能植入，为什么植入窗口如此之短，干细胞如何随着分化的进展逐渐失去“干性”以及什么条件在妊娠期可能会导致发育障碍。

原文检索：Ex utero mouse embryogenesis from pre-gastrulation to late organogenesis

(生物通：伍松)