人造胚胎竟成功培育出大脑和心脏！Nature还没排版就急忙发表，研究人员：下一步人类胚胎模型

白交 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

人造胚胎，竟发育出完整的大脑结构和心脏？！

经过十多年的研究，来自剑桥大学和加州理工学院的科学家们真的做到了。

其研究成果登上了最新的Nature。

（为了尽早被更多学者看到，Nature甚至还没来得及排版编辑，就直接把预印本给搬上来了。）

研究人员表示，这次主要进展在于产生整个大脑的能力，尤其是前部区域，这一直是合成胚胎发育的“圣杯”。

来康康这是一项什么样的研究。

人造胚胎发育出心脏和大脑

胚胎干细胞，在学界被认为是万能细胞。因为它可以在体外进行哺乳动物胚胎中发生的许多阶段。

但实际上，想要这种干细胞的发育潜力大大拓展，还需要其他干细胞来支持，与胚胎干细胞进行相互作用。

即早期发育过程中的三种胚胎外干细胞：滋养层干细胞（TSC）、胚胎外内胚层干细胞 (XEN) 和诱导型XEN 细胞 (iXEN)。

科学家们在实验室中将胚胎干细胞跟TSC、iXEN按比例组装成衍生胚胎模型。通过诱导一组特定基因表达，研究人员让这些干细胞彼此“交谈”。

这种路径的思考，实际上与人类胚胎发育过程有关。

以往的研究表明，人类胚胎要成功发育，就需要早期胚胎组织与对外连接的组织（将胚胎与母亲连接起来的组织）之间进行“对话”。

在受精后第一周，三种类型干细胞发育：一种最终分化为身体组织，另外两种则继续支持胚胎发育。

一种为胚外干细胞将成为胎盘，将胎儿与母亲连接起来，并提供氧气和营养。

另一个将成为卵黄囊，胚胎在那里生长，并在早期发育过程中从中获取营养。

基于这样的背景，研究人员构建了一个小鼠胚胎模型。整个发育过程是在启动血岛发育的胚胎外卵黄囊内发育的。

结果在发育的第8.5天，胚胎模型显示出明的前脑和中脑区域的头部褶皱。

除此之外，还有一个跳动的心脏状结构，一个由神经管和体节组成的躯干，一个含有神经中胚层祖细胞的尾芽，一个肠管和原始生殖细胞。

这一研究结果，证明了胚胎和两种类型的胚胎外干细胞的自组织能力——通过原肠胚和早期器官形成，重建哺乳动物的发育能力。

进一步的，他们还研究了这种人造胚胎的基因表达模式，发现与天然胚胎非常相似。

团队十数年研究

这一研究来自剑桥大学、加州理工学院、华盛顿大学等机构的研究人员合著完成。

研究人员表示，这为实验模型中研究神经发育机制开辟了新的可能性。

而且虽然现在是在小鼠模型中进行，他们还正在开发一个类似于人类胚胎的发育模型，以了解关键过程背后的机制。

如果在将时间轴拉长，这一方法将可以用来指导合成器官的发展。

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论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05246-3
参考链接：
https://www.eurekalert.org/news-releases/962771