·這項研究為研究人類胚胎發(fā)育提供了一個非常好的體外模型，因為這類研究不需要利用胚胎，而是用干細胞制備的，而干細胞現(xiàn)在完全可以從體細胞通過重編程方法獲得。

·研究哺乳動物胚胎發(fā)育是非常難的，胚胎都是在母親子宮里面發(fā)育，本身很多東西不清楚，所以體外實現(xiàn)會更難。

2022年8月25日，英國劍橋大學(xué)Magdalena Zernicka-Goetz 研究組在《自然》（Nature）雜志上以Accelerated Article Preview形式發(fā)表了文章《合成胚胎完成原腸發(fā)育到神經(jīng)形成和器官形成》（Synthetic embryos complete gastrulation to neurulation and organogenesis）。

這項研究描述了生成一種干細胞來源的合成小鼠胚胎。這一胚胎模型復(fù)制了自然小鼠胚胎從受精到第8.5天的各個發(fā)育階段，包括清晰腦區(qū)域、一個神經(jīng)管以及一個搏動的心臟樣結(jié)構(gòu)的形成。此外，該模型能夠復(fù)制自然小鼠胚胎中觀察到的基因敲除結(jié)果。

這一發(fā)現(xiàn)提出了一種可能，可使用此類模型理解調(diào)控發(fā)育早期階段的因素，而無需使用實驗動物。

胚胎干細胞能夠在實驗室形成胚胎樣結(jié)構(gòu)。但是這些模型無法全然模擬發(fā)育的所有階段，例如，它們無法完全概括一個稱為神經(jīng)胚形成（neurulation）的過程（即神經(jīng)管的形成，它最終會分化為腦和脊髓）。

Magdalena Zernicka-Goetz和同事在實驗室里裝配了干細胞來源的小鼠胚胎，組合使用了胚胎干細胞、滋養(yǎng)層干細胞和誘導(dǎo)胚外內(nèi)胚層干細胞，所有細胞皆來自小鼠。結(jié)果產(chǎn)生的ETiX胚狀體（ETiX-embryoid）模型能夠發(fā)育到神經(jīng)胚形成之后，即相當(dāng)于自然小鼠胚胎至受精后8.5天，并形成了所有腦區(qū)域、一個神經(jīng)管、一個搏動的心臟和一個腸管。作者提到，模型能夠通過自組織干細胞類型實現(xiàn)此結(jié)果，無需外部信號調(diào)節(jié)。在進一步實驗中，作者成功展示了敲除Pax6基因（參與眼部和其他感覺器官的發(fā)育）的胚狀體模型，導(dǎo)致的效果和自然Pax6敲除的小鼠胚胎相似。

Zernicka-Goetz和同事總結(jié)說，ETiX-embryoids提供了一個有用的生理學(xué)胚胎發(fā)育模型，為研究發(fā)育和疾病機制提供了新機會。Zernicka-Goetz說道：“我們的小鼠胚胎模型不僅成功發(fā)育出大腦，還發(fā)育出了跳動的心臟，這些都是組成身體的重要成分。我沒想到我們終于走到了這一步，這是一個難以置信的進步，也是我們團隊十年的努力終于夢想成真。”

澎湃新聞記者聯(lián)系到高紹榮教授，同濟大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長、教育部“細胞干性與命運編輯”前沿科學(xué)中心主任，高紹榮對這項被視為“巨大進步”的研究成果作出解讀。

高紹榮認為，作者通過利用三種干細胞體外構(gòu)建出類似于著床前的囊胚結(jié)構(gòu)，然后利用她們設(shè)計的體外培養(yǎng)系統(tǒng)，可以讓胚胎模擬體內(nèi)子宮內(nèi)生長，發(fā)育為可以有神經(jīng)和心跳的胚胎，這項研究為研究人類胚胎發(fā)育提供了一個非常好的體外模型，因為這類研究不需要利用胚胎，而是用干細胞制備的，而干細胞現(xiàn)在完全可以從體細胞通過重編程方法獲得。

“當(dāng)然，人們關(guān)注的是這種體外人工合成的胚胎能否最終發(fā)育為一個可以存活的動物，現(xiàn)在來看，完全體外環(huán)境還比較難，因為正常胚胎發(fā)育需要胎盤和母親子宮建立血液循環(huán)，從而供應(yīng)胚胎生長的營養(yǎng)，現(xiàn)在體外還非常難做到?！备呓B榮說。

高紹榮認為正因為難，中外的科學(xué)家們才更加努力在嘗試，“研究哺乳動物胚胎發(fā)育是非常難的，胚胎都是在母親子宮里面發(fā)育，本身很多東西不清楚，所以體外實現(xiàn)會更難。當(dāng)然我們也在努力嘗試利用干細胞人工合成的胚胎進行體內(nèi)移植，看看胚胎能否在母親子宮里面成長為正常動物，現(xiàn)在也還沒有實現(xiàn)，這個可能是近期研究的熱點?！?/p>

“如果體外系統(tǒng)可以的話，很多胚胎早期流產(chǎn)或發(fā)育異常就可以在體外重現(xiàn)，就可以搞清楚發(fā)生的原因，特別是一些重要的基因突變就可以知道在哪個階段發(fā)揮作用?！备呓B榮說。

據(jù)悉，今年7月15日，高紹榮課題組在《蛋白質(zhì)和細胞》（Protein & Cell）雜志在線發(fā)表題為《來自EPS細胞的膽線胚樣結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生具有四倍體滋養(yǎng)胚層的活小鼠》（Bilineage embryo-like structure from EPS cells can produce live mice with tetraploid trophectoderm）的研究論文。“我們也是用干細胞構(gòu)建的人工胚胎，但發(fā)現(xiàn)這些胚胎移植后，還是有發(fā)育問題，主要是胚外組織也就是胎盤這類組織發(fā)育異常導(dǎo)致?！?/p>

參考文獻：

1. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3

2. https://academic.oup.com/proteincell/advance-article/doi/10.1093/procel/pwac029/6645199?login=false