魏茨曼科学研究所 信用:Pixabay/CC0公共域 观察一个由相同细胞组成的小球如何在成为哺乳动物胚胎的过程中首先附着在等待中的子宫壁上，然后发展到神经系统、心脏、胃和四肢:这是近100年来胚胎发育领域备受追捧的圣杯
教授
魏茨曼科学研究所的雅各布·汉纳和他的团队已经完成了这一壮举
在胚胎植入后的最初阶段，他们创造了一种在子宫外培育小鼠胚胎的方法，这将为研究人员理解基因编码的发育程序提供一个前所未有的工具，它可能为出生和发育缺陷以及胚胎植入过程中涉及的缺陷提供详细的见解
这项研究的结果发表在《自然》杂志上
该研究所分子遗传学部门的汉娜解释说，今天对哺乳动物胚胎发育的许多了解要么来自于对非哺乳动物如青蛙或产透明卵的鱼的观察过程，要么来自于从解剖的小鼠胚胎中获得静态图像并将它们相加
他补充说，在子宫外培养早期胚胎的想法在20世纪30年代之前就已经存在，但基于这些提议的实验成功有限，胚胎往往不正常
汉娜的团队决定继续努力，以推进他实验室的研究，重点是胚胎干细胞开发程序的实施方式
七年多来，通过反复试验、微调和反复检查，他的团队提出了一个两步过程，在这个过程中，他们能够在子宫外正常生长发育的小鼠胚胎六天——大约是他们20天妊娠的三分之一——到那时，胚胎已经有了明确的身体计划和可见的器官
“对我们来说，这是胚胎发育中最神秘和最有趣的部分，我们现在可以观察它，并以惊人的细节进行实验，”汉娜说
这项研究由亚历杭德罗·阿奎莱拉-卡斯特雷约博士领导
贝尔纳多·奥达克，已故的博士
拉达·马萨瓦和博士
汉娜实验室的诺亚·诺弗什滕和博士
伊泰·马扎，汉娜以前的学生，现在在以色列理工学院的兰巴姆医疗保健校区
第一步持续了大约两天，研究人员从几天前的小鼠胚胎开始——就在它们被植入子宫之后
在这个阶段，胚胎是由250个相同的干细胞组成的球
这些球被放在实验室培养皿的特殊生长培养基上，研究小组让球附着在培养基上，就像附着在子宫壁上一样
通过这一步，他们成功地复制了胚胎发育的第一阶段，在这个阶段中，胚胎的大小是原来的两倍和三倍，因为它分为三层:内层、中层和外层
两天后，当胚胎进入下一个发育阶段——每一层器官的形成——它们需要额外的条件
对于第二步，科学家们将胚胎放在小烧杯中的营养液中，将烧杯放在滚筒上，使溶液保持运动并持续混合
这种混合似乎有助于保持胚胎沐浴在营养中，胚胎在没有母体血液流向胎盘的情况下生长
除了仔细调节烧杯中的营养物质，研究小组在进一步的实验中了解到，要密切控制气体、氧气和二氧化碳——不仅是数量，还有气压
为了检查他们在这两个步骤中观察到的发育过程是否正常，研究小组对相关时期从怀孕小鼠体内取出的胚胎进行了仔细的比较，结果显示两组小鼠的分层和器官形成几乎完全相同
在随后的实验中，他们在胚胎中插入了用荧光颜色标记生长器官的基因
这一尝试的成功表明，用这一系统进行的涉及各种遗传和其他操作的进一步实验应该会产生可靠的结果
汉娜说:“我们认为你可以将基因或其他元素注入细胞，改变条件或用病毒感染胚胎，我们展示的系统会给你与小鼠子宫内发育一致的结果。”
“如果你给一个胚胎合适的条件，它的遗传密码会像一排预设的多米诺骨牌一样运作，一个接一个地倒下，”他补充道
“我们的目标是重新创造这些条件，现在我们可以实时观察每个多米诺骨牌碰到下一个多米诺骨牌
汉娜解释说，除了别的以外，这种方法将降低成本，加快发育生物学领域的研究进程，并减少对实验动物的需求
事实上，汉娜实验室的下一步将是看看他们能否跳过从怀孕小鼠身上取出胚胎的步骤
他和他的团队打算尝试用干细胞制造人造胚胎用于这项研究
除此之外，他们希望用他们的新方法来回答这样的问题:为什么如此多的怀孕不能植入，为什么植入的窗口如此之短，干细胞是如何随着分化的进行而逐渐失去“干细胞性”的，以及怀孕的什么条件可能会导致后来的发育障碍
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