Science：首次合成人造小鼠胚胎

剑桥大学科学家 3 月 2 日发表在《 Science 》上的研究报告，他们首次在体外合成了人造小鼠胚胎。他们利用小鼠的胚胎干细胞、滋养干层细胞以及细胞质基质，在培养基中成功地诱导合成了类小鼠胚胎结构。

哺乳动物的卵细胞受精后多次分裂，形成胚泡。早期胚胎囊胚的组成包括胚胎干细胞（ESC）、滋养干层细胞（TSC）和原始内胚层细胞（XEN）。胚胎干细胞可以分化为三胚层细胞，胚外滋养层干细胞将形成胎盘，原始内胚层细胞发育为卵黄囊。

以往的研究利用干细胞培养类胚胎结构只取得了有限的成功。哺乳动物胚胎发育需要胚胎和胚外组织之间错综复杂的相互作用，以协调发育过程中形态的变化。

成功诱导干细胞为小鼠胚胎

剑桥大学的研究人员描述了他们如何结合转基因小鼠胚胎干细胞和滋养层干细胞，以细胞质基质为三维支架，产生了形态非常类似于天然胚胎的类胚胎结构。

通过使用转基因干细胞和特异性抑制剂，研究人员诱导胚胎干细胞和滋养层干细胞发育为类胚胎（ETS 胚胎）。ETS 胚胎的发育依赖于 Nodal 信号的交联（crosstalk），诱导中胚层和原始生殖细胞标记基因的表达以响应 Wnt 和 BMP 信号。

生理学教授 Magdalena Zernicka-Goetz表示，无论是胚胎细胞还是胚外细胞，在构成组织时他们之间都存在相互交流，以形成一个类胚胎结构。使细胞在合适的时间、合适的场所发育为正确的解剖学结构。

研究小组表明，与正常发育的胚胎相比，人造“胚胎”的发展遵循同样的发育模式。不过，虽然这种人造胚胎酷似真实的胚胎，但它不太可能进一步发育成为一个健康的胎儿。

展望

Zernicka-Goetz 教授最近还开发出一种技术，可以在体外实现胚泡着床，使研究人员能够分析人类胚胎发育到受精后 13 天的第一次关键发育阶段。她认为，这一最新发展能够帮助他们克服对人类胚胎研究的主要障碍之一：胚胎短缺。目前，胚胎的来源主要是捐赠卵子通过试管受精所得。

利用类似的小鼠干细胞技术，在人类胚胎以及胚外干细胞中可以模仿很多受精 14 天以前的发育事件。她说，“我们非常乐观地认为，这将允许我们不必在实际胚胎中就能够研究人类这一关键阶段的重要发育事件。了解发育过程通常使我们能够明白为什么它会如此频繁出错。”

剑桥大学的科学家们通过使用两种干细胞以及一个三维支架，成功地在培养过程中创造出了类似于小鼠胚胎的结构。相关文章于3月1日在线发表在Science上。

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胚胎发育涉及三种干细胞 哺乳动物受精后出现三种胚胎干细胞，胚胎干细胞（ESC）会聚集在囊胚的一端，以后发育为身体。其他两种类型的干细胞：一种是胚外滋养层干细胞（TSC），这将形成胎盘；另外原始内胚层干细胞会形成所谓的卵黄囊，保证胎儿的正常发育和器官提供必需的营养物质。

之前的培育胚胎的尝试只有胚胎干细胞的结构取得有限的成功。这是因为早期胚胎发育需要不同类型的细胞相互紧密配合。

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用两种干细胞和三维支架养出类胚胎组织

然而，这篇刚发表在Science上的研究结合使用转基因小鼠的胚胎干细胞ESC和TSC，连同一个三维支架作为一种细胞外基质，成长为一个能够自行组装的结构。其发育和构造非常接近自然的胚胎。

研究小组将他们的人工胚胎与正常发育的胚胎进行比较，表明其发育遵循相同的模式：干细胞组织起来，胚胎干细胞ESCs在一端，胚外滋养层干细胞TSCs则在另一端。然后出现胚胎发育的羊膜腔。

左边是干细胞制造的培养96个小时的小鼠“胚胎”，右边是培养48小时后的小鼠培养。红色是胚胎部分。

研究人员说，虽然这种人工胚胎与真实的胚胎非常相似，但它不可能进一步发展成健康的胎儿。要做到这一点，它可能需要第三种形式的干细胞，这将允许卵黄囊的发育，其中也有血管网络为胚胎提供营养。此外，该系统还没有为胎盘的正确发育而优化。

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科研人员解释研究成果和意义

Magdalena Zernicka-Goetz教授解释：“胚胎和胚外细胞开始互相交流，组织成起来像和行为上都像胚胎的结构。它具有解剖学上的正确的区域，并在正确的位置和正确的时间发生。”Zernicka -Goetz教授和他的同事们发现了这两种类型的干细胞之间的通信的一个显着的程度：在某种意义上来说，这些细胞告诉对方胚胎在哪安置它们。

Zernicka-Goetz教授指出：“我们知道，不同类型的干细胞之间的相互作用是重要的发展，但引人注目的是，我们的新工作说明，这是一个真正的伙伴关系——这些细胞真正相互指导。没有这种伙伴关系，正确的形状和形态的发展不能及时发生，关键的生物机制活动不会适当地进行。”

了解胚胎发育的早期阶段，可以有助于解释为什么很多人会在这个时期妊娠失败。从理论上讲，类似的方法可能会被用来探索人类早期发育揭示在出生缺陷和健康上母体环境的作用。

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回顾人工培育胚胎的研究历程

Nature：新型胚胎干细胞，只有一半基因组（详细）

二倍性是哺乳动物的一个基本遗传特性，单倍体细胞往往只出现在生殖细胞中。2016年3月16日，发表在《自然》杂志上的一项研究中，科学家们成功生成了一种只携带单拷贝人类基因组的新型胚胎干细胞。

研究人员分析了一批来自单倍体卵母细胞的人类孤雌生殖胚胎干细胞系，成功分离和培养了携带正常单倍体染色体组型的人类胚胎干细胞系。单倍体人类胚胎干细胞表现出典型的多能干细胞特征，如自我更新能力以及多能特异性分子信号。此外，研究人员还证明了这类新型干细胞可作为功能缺失基因筛选平台使用。

Nature等：体外培养人类胚胎获突破已达法规上限（详细）

人类胚胎发育研究出现里程碑式突破。美国洛克菲勒大学和英国剑桥大学的研究小组分别在2016年5月4日的Nature和Nature Cell Biology发表了相关文章称， 已经在实验室成功培养了自受精后13天的人类胚胎，打破了以前9天的记录。这一成就已经使科学家发现了早期人类发育的新方面，包括人类胚胎中重未见过的特性。该技术能够帮助确定为什么一些人怀孕会失败。很多国家和科学团体禁止对14天以上的人类胚胎进行研究，考虑到这个，研究者在这个时间点之前结束了他们的实验。

Cell：干细胞里程碑！科学家首次培育出人猪嵌合体胚胎（详细）

2017年1月26日，发表在Cell杂志上题为“Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells”的研究中，来自Salk研究所的科学家小组借助“魔剪”CRISPR技术首次成功培育出了人-猪嵌合体胚胎。他们将人类干细胞注入猪胚胎中，首次成功培育出人猪嵌合体胚胎，并在猪体内发育了3到4周时间。

该研究的通讯作者表示，这是干细胞研究领域的一个里程碑。该研究的最终目标是在动物体内培育出可供移植的人类细胞、组织和器官。