科學家們在實驗室中培養猴子胚胎足夠長的時間，以觀察器官形成的開始和神經系統的發育——這些里程碑在子宮內生長的胚胎中很難觀察到。這些胚胎達到了 25 天的年齡，使其可能成為在子宮外生長的最古老的靈長類動物胚胎。
獨立團隊在 5 月 11 日發表在《Cell》雜誌上的單獨論文中描述了這些發現。
“這非常令人印象深刻，”加州理工學院帕薩迪納分校的發育生物學家 Magdalena Zernicka-Goetz 說，她沒有參與這項研究。“這將帶來許多新的見解。”
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走向 3D
很少有事情比讓實驗室培育的胚胎存活超過幾周更困難——大多數只不過是培養皿中細胞的混合物。此前，兩個團隊都成功地在培養皿中培養猴子囊胚——分裂細胞球——長達 20 天。超過這個時間點，所有胚胎都崩潰了，使得無法看到更高階的發育階段，例如神經系統和器官形成的早期跡象。
一個用傳統染料染色的 25 天大的猴子胚胎（粉紅色）。圖片來源：Zhai 等人/Cell
但在新的研究中，研究人員在小瓶培養基中培養猴子胚胎，這使得胚胎能夠像在子宮內一樣以三維方式生長。兩個團隊都誘導他們的胚胎在受精後存活 25 天。《自然》雜誌聯絡的作者和外部科學家都不知道在實驗室中培育出更老的靈長類動物胚胎。
觀察器官成形
中國科學院幹細胞與生殖生物學重點實驗室的發育生物學家王紅梅和她的團隊從雌性食蟹猴（Macaca fascicularis）身上獲取卵細胞，並在實驗室中用從雄性同類身上採集的精子進行受精。一週後，他們將由此產生的囊胚放入小圓柱形容器中的凝膠狀物質中，並觀察它們生長了 25 天。
受精後大約兩週，超過一半的胚胎有一個胚胎盤——一個扁平的細胞團。這些盤最終形成了身體的三個主要細胞層：內胚層、中胚層和外胚層。實驗室培育的胚胎也顯示出與同一時間框架內在自然猴子胚胎中看到的相似的遺傳特徵。
到第 20 天，胚胎已經發育出神經板——神經系統的早期標誌之一。與自然胚胎一樣，這個板變厚並彎曲成管狀，形成了大腦和脊柱的基礎。王和她的團隊還確定了最終將成為運動神經元的細胞。王說，從實驗室培育的胚胎中收集到的見解將幫助研究人員更好地瞭解靈長類動物的早期胚胎髮育。
血液誕生的地方
在第二項研究中，中國雲南省昆明理工大學的發育生物學家譚韜和他的同事也從食蟹猴卵子和精子中生成了囊胚。但他們使用了兩種不同的細胞培養型別，為胚胎提供更強的機械支援，並添加了葡萄糖為它們生長提供能量。
正如王的研究一樣，培養的猴子胚胎中的大多數細胞型別與受精後 18 至 25 天的自然胚胎中通常看到的細胞型別相同。當譚和同事仔細觀察胚胎的中胚層細胞時，他們發現一些細胞已分化成心肌細胞，另一些細胞已成熟為在血管和淋巴管內壁中發現的細胞。該團隊還確定了發育為結締組織的細胞和形成消化系統基礎的細胞。
研究人員還發現，在卵黃囊中，血細胞及其成分開始成形的跡象，卵黃囊為胚胎提供營養。“我們印象深刻，”譚說。這些血細胞“在人類胚胎髮育過程中幾乎不可能獲得。”
英國劍橋大學的發育生物學家 Naomi Moris 說，這些研究是在開發能夠比以前更長時間地在子宮外維持胚胎的方法方面邁出的重要一步。但她警告說，實驗室培育的胚胎要看起來和表現得像真的一樣，還有很長的路要走。“它們看起來仍然與我們期望[它們]在這些階段看起來有點不同，”沒有參與研究的 Moris 說。“肯定還有改進的空間。”
本文經許可轉載，並於 2023 年 5 月 11 日首次發表。