这是第一次完全不用卵子而成功用干细胞培养出类似胚胎的模型。
来源 New Scientist
撰文 Andy Coghlan
翻译 陆妍婷
审校 董堃
48小时（右）和96小时后的人造小鼠胚胎 ，其中胚胎组织为红色，胚胎外组织为蓝色。
图片来源：Sarah Harrison 和Gaelle Recher，来自剑桥大学的Zernicka-Goetz 实验室。
由体外培养干细胞发育而来的人造小鼠胚胎能够帮助我们理解早期胚胎发育的具体历程，并有望解决困扰人类的不育问题。
剑桥大学的 Magdalena Zernicka-Goetz 和她的团队用胚胎干细胞制作了胚胎，这种细胞拥有发育成身体中任意组织的能力。
然而仅有胚胎干细胞是无法在实验室中得到人造胚胎的，培养过程的关键是将会长成胚盘的滋养层干细胞一同培养。先分别培养两种细胞，然后在一个特殊的凝胶基质上将它们结合，随后这两者构成的混合物开始共同生长。
大约四天半后，胚胎便与正常小鼠胚胎无二，即将分化成不同的身体组织和器官。
“它们与正常的小鼠胚胎非常相似。我们采用了之前从未尝试过的实验方法，把两种干细胞放在一起培养，使其互相影响。结果证明，这些细胞有能力在不借助外力的情况下自我组织。”Zernicka-Goetz 说道。
这是第一次完全不用卵子而成功用干细胞培养出类似胚胎的模型。其他技术如在多利羊和其他动物上实现的克隆，虽然不需要使用精子，但仍无从避开对卵子细胞的需求。
躯体计划
人造胚胎为胚胎是如何自我组织及生长的提供了新的视角。该团队对人造胚胎进行了改造，使细胞发出不同颜色的荧光，进而揭示它们在胚胎经历关键变化时的运动和行为。
已知哺乳动物胚胎始于对称的球状胚，然后拉长在中央形成一个空腔，逐渐长成中胚层，最终长成骨骼和肌肉。
“在此前我们不知道胚胎的空腔是如何形成的，但现在我们找到了它形成的机制以及形成的次序，这构建了整个计划的基础。” Zernicka-Goetz 说道。
“这项工作在干细胞领域做出了巨大贡献并且这项成果可以用来扩大人类干细胞库。通过这个系统，可以更好地研究胚胎生长的影响因素并可以帮助我们了解胚胎形成初期的具体过程。”马萨诸塞州波士顿儿童医院的LeonardZon如是说。
但伦敦弗朗西斯·克里克研究所的Robin Lovell-Badge却说这种胚胎尚缺乏其他两种发育成身体器官所必须的细胞层，一种是外胚层，随后发育成皮肤和中枢神经系统；另一种是内胚层，后期发育成内部器官。
Zernicka-Goetz希望在未来的实验中通过加入能发育成卵黄囊的干细胞来获得这两种细胞层。
隐藏环节
如果使用人类干细胞可以取得类似成果，我们将能了解更多关于我们自身发展的最初环节。目前的研究受限于为数不多的体外受精捐赠的多余胚胎。而新的技术可以实现胚胎的无限供应，使得深入的研究更易实施。并且人造胚胎也将有助于研究影响早期胚胎形成的多种因素。
干扰体外培养胚胎的生长过程为胚胎异常发育和流产原因的研究提供了新视角。“你能够有机会认知胚胎生长发育每一步的控制原理。这在之前是无法想象的，因为你并不能观察到胚胎在母亲肚子里发育的过程”Zernicka-Goetz说道。
但这项工作能否实现在实验室中生长出完整的婴儿还值得怀疑。Lovell-Badge指出，人造胚胎不太可能在发育得比在这项研究中所提到的更久，因为它们很快就会需要大量的营养和氧气供应，而人工培养实在难以模拟母亲的体内环境。
研究人员并无在实验室中制造出一只小鼠的计划。但是他们仍希望通过添加卵黄囊干细胞使人造干细胞能够发育出心脏的基本雏形。
原文链接：
https://www.newscientist.com/article/2123360-artificial-embryo-grown-in-a-dish-from-two-types-of-stem-cells/
论文基本信息
【题目】Assembly of embryonic and extra-embryonicstem cells to mimic embryogenesis in vitro
【作者】Sarah Ellys Harrison, Berna Sozen,Neophytos Christodoulou et al.
【刊期】Science
【日期】Mar. 02. 2017
【DOI】10.1126/science.aal1810
【摘要】Mammalian embryogenesis requires intricateinteractions between embryonic and extra-embryonic tissues to orchestrate andcoordinate morphogenesis with changes in developmental potential. Here, wecombine mouse embryonic stem cells (ESCs) and extra-embryonic trophoblast stemcells (TSCs) in a 3D-scaffold to generate structures whose morphogenesis isremarkably similar to natural embryos. By using genetically-modified stem cellsand specific inhibitors, we show embryogenesis of ESC- and TSC-derived embryos,ETS-embryos, depends on crosstalk involving Nodal signaling. When ETS-embryosdevelop, they spontaneously initiate expression of mesoderm and primordial germcell markers asymmetrically on the embryonic and extra-embryonic border, inresponse to Wnt and BMP signaling. Our study demonstrates the ability ofdistinct stem cell types to self-assemble in vitro to generate embryos whosemorphogenesis, architecture, and constituent cell-types resemble naturalembryos.
【链接】http://science.sciencemag.org/content/early/2017/03/01/science.aal1810
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