科学家们在实验室中培养猴子胚胎足够长的时间，以观察器官形成的开始和神经系统的发育——这些里程碑在子宫内生长的胚胎中很难观察到。这些胚胎达到了 25 天的年龄，使其可能成为在子宫外生长的最古老的灵长类动物胚胎。
独立团队在 5 月 11 日发表在《Cell》杂志上的单独论文中描述了这些发现。
“这非常令人印象深刻，”加州理工学院帕萨迪纳分校的发育生物学家 Magdalena Zernicka-Goetz 说，她没有参与这项研究。“这将带来许多新的见解。”
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走向 3D
很少有事情比让实验室培育的胚胎存活超过几周更困难——大多数只不过是培养皿中细胞的混合物。此前，两个团队都成功地在培养皿中培养猴子囊胚——分裂细胞球——长达 20 天。超过这个时间点，所有胚胎都崩溃了，使得无法看到更高级的发育阶段，例如神经系统和器官形成的早期迹象。
一个用传统染料染色的 25 天大的猴子胚胎（粉红色）。图片来源：Zhai 等人/Cell
但在新的研究中，研究人员在小瓶培养基中培养猴子胚胎，这使得胚胎能够像在子宫内一样以三维方式生长。两个团队都诱导他们的胚胎在受精后存活 25 天。《自然》杂志联系的作者和外部科学家都不知道在实验室中培育出更老的灵长类动物胚胎。
观察器官成形
中国科学院干细胞与生殖生物学重点实验室的发育生物学家王红梅和她的团队从雌性食蟹猴（Macaca fascicularis）身上获取卵细胞，并在实验室中用从雄性同类身上采集的精子进行受精。一周后，他们将由此产生的囊胚放入小圆柱形容器中的凝胶状物质中，并观察它们生长了 25 天。
受精后大约两周，超过一半的胚胎有一个胚胎盘——一个扁平的细胞团。这些盘最终形成了身体的三个主要细胞层：内胚层、中胚层和外胚层。实验室培育的胚胎也显示出与同一时间框架内在自然猴子胚胎中看到的相似的遗传特征。
到第 20 天，胚胎已经发育出神经板——神经系统的早期标志之一。与自然胚胎一样，这个板变厚并弯曲成管状，形成了大脑和脊柱的基础。王和她的团队还确定了最终将成为运动神经元的细胞。王说，从实验室培育的胚胎中收集到的见解将帮助研究人员更好地了解灵长类动物的早期胚胎发育。
血液诞生的地方
在第二项研究中，中国云南省昆明理工大学的发育生物学家谭韬和他的同事也从食蟹猴卵子和精子中生成了囊胚。但他们使用了两种不同的细胞培养类型，为胚胎提供更强的机械支持，并添加了葡萄糖为它们生长提供能量。
正如王的研究一样，培养的猴子胚胎中的大多数细胞类型与受精后 18 至 25 天的自然胚胎中通常看到的细胞类型相同。当谭和同事仔细观察胚胎的中胚层细胞时，他们发现一些细胞已分化成心肌细胞，另一些细胞已成熟为在血管和淋巴管内壁中发现的细胞。该团队还确定了发育为结缔组织的细胞和形成消化系统基础的细胞。
研究人员还发现，在卵黄囊中，血细胞及其成分开始成形的迹象，卵黄囊为胚胎提供营养。“我们印象深刻，”谭说。这些血细胞“在人类胚胎发育过程中几乎不可能获得。”
英国剑桥大学的发育生物学家 Naomi Moris 说，这些研究是在开发能够比以前更长时间地在子宫外维持胚胎的方法方面迈出的重要一步。但她警告说，实验室培育的胚胎要看起来和表现得像真的一样，还有很长的路要走。“它们看起来仍然与我们期望[它们]在这些阶段看起来有点不同，”没有参与研究的 Moris 说。“肯定还有改进的空间。”
本文经许可转载，并于 2023 年 5 月 11 日首次发表。