马克斯·普朗克学会 树干状结构的荧光显微图像
这种结构是用先进的细胞培养技术产生的，与小鼠胚胎的躯干非常相似
它是由小鼠胚胎干细胞培养而成的，具有脊椎动物早期发育的典型特征:体细胞组织的分割最终产生骨、肌肉和软骨(红色)，并形成最终形成脊髓的神经管(青色)
信用:J
Veenvliet，MPI f
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通过在一种特殊的凝胶中培养小鼠干细胞，柏林的一个研究小组成功地制造出类似胚胎部分的结构
躯干状结构在五天内从细胞团中形成神经、骨骼、软骨和肌肉组织的前体
这可以让我们在未来更有效地研究药物的作用——而且是在生物体内不可能的规模上
研究结果发表在《科学》杂志上
这当然可以免除母亲怀孕的痛苦，但是哺乳动物不会在卵中生长
在某种程度上，这对科学来说也是不切实际的
虽然鱼、两栖动物或鸟类的胚胎很容易被观察到成长，但一旦胚胎植入子宫，哺乳动物的发育就避开了观察者的视线
正是在这个时候，胚胎经历了形状的深刻变化，并发育成各种器官的前体——这是一个非常复杂的过程，留下了许多未解之谜
但是现在，位于柏林的马克斯·普朗克分子遗传学研究所(MPIMG)的一个研究小组通过首次从小鼠胚胎干细胞中培养出主干的核心部分，成功地在细胞培养方法中复制了胚胎发育的中心阶段
该方法概括了培养皿中胚胎发育的早期形状生成过程
这些结构的大小大约为一毫米，并拥有一个神经管，脊髓将从该神经管发育而来
此外，它们有体节，体节是骨骼、软骨和肌肉的前体
一些结构甚至发育成内部器官的前体，如肠
大约五天后，与正常发育的相似之处结束
“这种胚胎发育模式开启了一个新时代，”伯恩哈德·G
赫尔曼，MPIMG大学的主任，柏林查理大学医学遗传学研究所的负责人
“这使我们能够直接、连续地观察小鼠的胚胎发生，并获得大量平行样本——这在动物身上是不可能的
" 一个躯干状结构的荧光显微图像的视频渲染，其中细胞骨架(红色)和细胞核(青色)被荧光蛋白染色
这种结构是用先进的细胞培养技术产生的，非常类似于小鼠胚胎的躯干，具有神经管和双侧体节(如图所示)
灰色投影显示细胞外基质蛋白纤连蛋白在组织-基质界面的组装，是体节和神经管形成的重要触发因素
荣誉:丹尼斯·希弗尔，阿德里亚诺·博隆迪，杰西·维文利特
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/莱奥吉纳德，马克斯德尔布吕克中心f
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医学的
从试管或子宫中分离早期胚胎并在培养皿中培养它们被认为是非常容易的，只要它们仍然可以自由移动
但是一旦胚胎植入子宫内膜，隔离就变得极其困难
“我们可以更快地获得更详细的结果，而不需要动物研究，”亚历山大·迈斯纳说，他和赫尔曼一样是MPIMG大学的主任，共同主持了发表在本期《科学》杂志上的这项研究
“在形态发生等更复杂的过程中，我们通常只获得快照——但这随着我们的模型而改变
" 凝胶提供支撑和空间定向 到目前为止，只能从胚胎干细胞，即所谓的胃泌素样细胞中培养出细胞群
该项研究的两位主要作者之一杰西·温弗利特说:“胃泌素样细胞群的发育程度与我们的躯干样结构相似，但它们并不呈现胚胎的典型外观。”
“细胞群缺乏触发其组织形成有意义排列的信号
" 在细胞培养中，所需的信号由模拟细胞外基质特性的特殊凝胶产生
这种果冻状物质由细胞分泌的延伸蛋白质分子的复杂混合物组成，并作为弹性填充材料遍布全身，尤其是在结缔组织中
这种凝胶的使用是新方法的关键“诀窍”
“凝胶为培养的细胞提供支持，并使它们在空间中定向；例如，他们可以区分内部和外部
它还防止分泌的分子如基质蛋白纤连蛋白泄漏到细胞培养基中
“细胞能够建立更好的沟通，从而导致更好的自我组织
" 在子宫中生长的9天大的小鼠胚胎(左)和躯干状结构(右)的比较
最终形成脊髓的神经管是粉红色的
所有其他组织，包括最终形成骨骼、肌肉和软骨的体节，都是蓝色的
小鼠胚胎的产生需要动物实验，而躯干状结构仅由干细胞产生，从而规避了动物实验的需要
荣誉:杰西·温弗利特，阿德里亚诺·博隆迪
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具有与胚胎相似特性的细胞 四到五天后，研究小组将这些结构分解成单个细胞，并分别进行分析
该论文的主要作者阿德里亚诺·博隆迪说:“尽管并非所有的细胞类型都存在于躯干状结构中，但它们与同年龄的胚胎惊人地相似。”
博隆迪和温弗利特与生物信息学家海伦·克雷茨默一起将这些结构的遗传活性与实际的小鼠胚胎进行了比较
博隆迪说:“我们发现，在胚状体的正确位置上，所有的基本标记基因都在正确的时间被激活，只有少数基因是不一致的。”
研究人员在他们的模型中引入了一种具有已知发育效应的突变，并且可以从“真实”胚胎中重现结果，进一步验证他们的模型
他们还提供了用化学制剂操纵发育过程的例子
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