Cell壮举：以生物反应器作为子宫，利用干细胞培育”全人工“胚胎！

没有精子、卵子或子宫的新合成胚胎,这一发现公布在8月1日的Cell杂志上。原文标题： Post-Gastrulation Synthetic Embryos Generated Ex Utero from Mouse Naïve ESCs

　　

研究人员已经培育出没有精子、卵子和子宫的合成胚胎，他们采用的是在培养皿中培养的小鼠干细胞。

魏茨曼科学研究所的研究人员已经在培养皿中培育出合成型小鼠胚胎。该过程不涉及任何精子或卵子，新合成的胚胎能够在子宫外产生原肠运动后的合成胚胎。科学家指出，让干细胞长成胚胎，器官随着胚胎的生长发育，为将来使用干细胞培养组织和器官铺平了道路。

这一发现公布在8月1日的Cell杂志上。

“胚胎是最好的器官制造机器和最好的 3D 生物打印机——我们试图模仿它的作用，”项目负责人，魏茨曼分子遗传学系的Jacob Hanna说，他们将这个合成全胚胎模型命名为：sEmbryo。

了解胚胎

如今人们对哺乳动物胚胎发育的了解，大多来自于观察青蛙或鱼类等非哺乳动物产下透明卵的过程，或者从解剖的小鼠胚胎中获得静态图像，并将它们叠加在一起。在子宫外培养早期胚胎的想法从20世纪30年代之前就已经存在，但基于这些建议的实验成功率有限，而且胚胎往往是不正常的。

科学家们之前已经设法将成熟细胞恢复到“干细胞”的早期阶段，然而，将这些新的干细胞转化为特定的特化细胞的过程并不简单，也存在许多困难。

因此，观察一个受精卵是如何附着到等待的子宫壁变成胚胎，并发育出神经系统、心脏、胃以及四肢等。自1930年代以来，近100年里，这一直是胚胎发育领域备受追捧的“圣杯”。

去年，Hanna等人在 Nature 期刊在线发表了题为：Ex utero mouse embryogenesis from pre gastrulation to late organogenesis 的研究论文，可以说是完成了一项壮举。研究团队创建了一个人造机器子宫，并首次使用人造子宫培养了小鼠胚胎6天时间（达到小鼠整个妊娠期的三分之一），且胚胎在人造子宫培育过程中发育正常。这项研究将为科研人员提供前所未有的工具，帮助了解基因编码的发育程序，提供有关出生缺陷和发育缺陷以及与胚胎植入有关缺陷的详细见解。

sEmbryo系统

上述研究“确实证明了动物胚胎可以在子宫外生长，但是比起促进胚胎形成或向其发送发育信号，这个装置的作用更多是营养支持”，为了进一步了解胚胎，Hanna等人又把干细胞放入sEmbryo中，用于在子宫外培养天然小鼠胚胎。

研究团队从胚胎植入子宫开始，在这个阶段，小鼠胚胎是由250个相同的干细胞组成的球。他们将这些球放在实验室培养皿中的特殊生长培养基上，让这些球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，他们成功复制了胚胎发育的第一阶段，在这一阶段，胚胎的大小是原来的两倍到三倍，这是因为它分化成三层：内层、中层和外层。在两天后，小鼠胚胎进入下一个发育阶段，开始从每一层中形成器官，在这第二步骤中，研究团队将小鼠胚胎放在烧杯营养液中，并将烧杯放置在使营养液保持运动并不断混合的滚轮上。这种混合似乎有助于让那些在没有母体血液流向胎盘的情况下生长中的胚胎沐浴在营养液中。除了小心翼翼地调节烧杯中的营养物外，他们在进一步的实验中还学会了密切控制气体、氧气和二氧化碳，这不仅仅是数量，还有气体压力。

结果显示，研究通过三组不同的细胞，总体而言，10,000 个中的 50 个或者说 0.5% 成功发育成与天然小鼠胚胎相似度为 95% 的胚胎。这证明sEmbryo能充分完成原肠运动，通过关键的发育里程碑前进，并在复杂的胚外区间发展器官祖先，类似于E8.5期小鼠胚胎。

这项研究从初始的ESC开始，通过共聚集ESC来实现合成胚胎，其中初始的ESC瞬时表达Cdx2-和Gata4-来促进它们分别向滋养外胚层和原始内胚层谱系的启动。强调了初始多能细胞的可塑性潜力，可以自我组织和功能重组，并对整个哺乳动物的胚胎在原肠运动之后进行建模。

“我们的下一个挑战是了解干细胞如何知道该做什么——它们如何自我组装成器官，并找到到达胚胎内指定位置的途径。而且因为我们的系统与子宫不同，它是透明的，它可能会被证明是可以用于模拟人类胚胎的出生和植入缺陷，”Hanna 继续说道。

原文标题：

Post-Gastrulation Synthetic Embryos Generated Ex Utero from Mouse Naïve ESCs