沒有子宮，胚胎可以生長(zhǎng)發(fā)育嗎？

　　也不是不行。

　　魏茨曼科學(xué)研究所的Jacob H.Hanna教授和他的研究團(tuán)隊(duì)做了一個(gè)“機(jī)器子宮”，成功地讓小鼠胚胎在里面發(fā)育了6天，經(jīng)歷了原腸胚前期到器官發(fā)生晚期的關(guān)鍵階段。這項(xiàng)研究成果于2021年3月發(fā)表在頂級(jí)期刊《自然》上。

　　那如果沒有精子和*子，可以有胚胎嗎？

　　也不是不行。

　　還是Jacob H.Hanna教授和他的研究團(tuán)隊(duì)，他們直接用小鼠的原始態(tài)胚胎干細(xì)胞（ESCs）構(gòu)建了胚胎模型，將其在體外的“機(jī)器子宮”中培養(yǎng)8天，可以觀察到胚胎完成了原腸胚的形成以及大腦、神經(jīng)管、心臟等重要器官的特異性祖細(xì)胞分化，與自然生長(zhǎng)發(fā)育的胚胎在形態(tài)和基因表達(dá)上都極其相似。

　　這項(xiàng)令人矚目的研究成果同樣發(fā)表在頂級(jí)期刊《細(xì)胞》上。

　　說一句科學(xué)家們有“無中生有”的超能力，應(yīng)該不夸張吧？

　　在正式開始“無中生有”之前，我們先來回憶一下Jacob H.Hanna教授做的這個(gè)“機(jī)器子宮”。這是一個(gè)能夠讓小鼠胚胎實(shí)現(xiàn)宮外培養(yǎng)的機(jī)械平臺(tái)，Jacob H.Hanna教授和他的研究團(tuán)隊(duì)探索了小鼠胚胎在其中生長(zhǎng)發(fā)育的最佳條件。

　　原腸胚階段需要靜態(tài)培養(yǎng)和旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)相結(jié)合，而原腸胚晚期則需要完全在旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)中度過。靜態(tài)或旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)的同時(shí)還要模擬自然子宮的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，同時(shí)嚴(yán)格控制氧氣和壓力等參數(shù)。小鼠胚胎的發(fā)育程度大約相當(dāng)于自然胚胎的第5.5天到第11天（小鼠自然妊娠時(shí)間一般為20天），完成了從原腸胚形成前到后肢形成階段的生長(zhǎng)發(fā)育過程。

　　小鼠胚胎體外培養(yǎng)系統(tǒng)

　　其實(shí)一直以來，人類一直在試圖還原胚胎的生長(zhǎng)發(fā)育過程?？茖W(xué)家們已經(jīng)能夠?qū)⒊墒旒?xì)胞重編程為胚胎干細(xì)胞，但是想要干細(xì)胞分化成高度特異性的器官，或者獲得一個(gè)正常功能的胚胎，就成了絆住科學(xué)家們多年的大難題。

　　在成功研究出體外培養(yǎng)小鼠胚胎的“機(jī)器子宮”后，Jacob H.Hanna教授認(rèn)為，是時(shí)候?qū)@個(gè)難題進(jìn)行挑戰(zhàn)了。

　　實(shí)驗(yàn)的最開始，研究人員就沒有打自然胚胎細(xì)胞的主意。原始態(tài)胚胎干細(xì)胞（ESC）可以誘導(dǎo)分化為滋養(yǎng)層干細(xì)胞（TSC）和原始內(nèi)胚層細(xì)胞（PrE），所以從理論上講，原始態(tài)胚胎干細(xì)胞可以成為胚胎和胚外組織的全部來源。只要方法得當(dāng)，或許可以只需要將原始態(tài)胚胎干細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，就可以合成一個(gè)完整胚胎。

　　通過過表達(dá)相關(guān)基因，研究人員使原始態(tài)胚胎干細(xì)胞可以分別優(yōu)先分化為滋養(yǎng)層干細(xì)胞或原始內(nèi)胚層細(xì)胞。之后，將經(jīng)過預(yù)處理的三組細(xì)胞（優(yōu)先TSC、優(yōu)先PrE和ESC）以一定的比例放入聚合基質(zhì)，這項(xiàng)偉大的“無中生有”工程，就正式開始了。

　　合成胚胎體外培養(yǎng)示意圖

　　細(xì)胞由聚合基質(zhì)轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)板，放入組織培養(yǎng)箱中搖床培養(yǎng)。

　　可以觀察到細(xì)胞數(shù)量增加，三組細(xì)胞聚集成細(xì)長(zhǎng)的胚胎形狀，形成明顯的外層細(xì)胞層。

　　細(xì)胞團(tuán)出現(xiàn)明顯的外胚層和胚外胚層，與自然胚胎生長(zhǎng)5.5天時(shí)類似。

　　細(xì)胞團(tuán)形成*圓柱狀，轉(zhuǎn)移至“機(jī)器子宮”中旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)。

　　合成胚胎出現(xiàn)逐漸擴(kuò)大的前期羊膜腔和早期的原始條紋，成功打破胚胎對(duì)稱性，與自然胚胎生長(zhǎng)6.5天時(shí)類似。

　　內(nèi)胚層、滋養(yǎng)層、外胚層和原腸標(biāo)記物與匹配的E6.5自然胚胎比較的免疫熒光圖像

　　合成胚胎進(jìn)入神經(jīng)板期，神經(jīng)板開始生成。產(chǎn)生羊膜、羊膜腔以及胚外體腔，可以觀察到早期尿囊芽。

　　胚胎中線

　　*黃囊圍繞胚胎發(fā)生擴(kuò)張，出現(xiàn)明顯的頭尾軸。原始條紋發(fā)生明顯遷移，出現(xiàn)明顯的心臟區(qū)域，與自然胚胎生長(zhǎng)8天時(shí)類似。

　　*黃囊外側(cè)可見血島，*黃囊內(nèi)部開始血液循環(huán)。合成胚胎出現(xiàn)明顯的大腦褶皺、神經(jīng)管、腸道、心臟和尾部，甚至可以觀察到心臟跳動(dòng)。與自然胚胎生長(zhǎng)8.5天時(shí)高度相似。

　　合成胚胎不僅在單細(xì)胞水平上展現(xiàn)了特異性的細(xì)胞分化，這些早期器官的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄也與自然胚胎高度相似，中胚層、脊索、神經(jīng)管、心臟等組織的標(biāo)志物均在相應(yīng)組織中特異表達(dá)。

　　培養(yǎng)第8天與自然胚胎第8.5天對(duì)比

　　Jacob H.Hanna教授“無中生有”的壯舉就到此為止了。當(dāng)然，他對(duì)之后的研究發(fā)展信心滿滿。

　　由于胚胎的體外培養(yǎng)裝置是透明的，他們或許可以輕松觀察到這些胚胎細(xì)胞是如何準(zhǔn)確找到自己的位置、把自己組裝成完整器官的。而合成胚胎或許在將來可以成為移植器官的可靠來源，成為真正的“全自動(dòng)3D生物打印機(jī)”。