科学家首次用机械子宫,让哺乳动物胚胎在体外存活6天

编辑:admin 日期:2021-03-20 15:50:12 / 人气:



真实胚胎的发育过程,你见过吗?不仅能看见心脏的跳动,还能随时观察胚胎一点点变化的过程:其实,这些胚胎的发育,都是在人造子宫中完成的。来自以色列的科学家们,首次用人造子宫,将完整小鼠胚胎从受精卵形成后第5天起,培育了6天,相当于达到了人类的胎儿阶段。
在这一过程中,小鼠的所有器官发育指标都正常,研究登上Nature。而且,他们现在已经能够“从零开始”,在人造子宫内培育小鼠受精卵了。
这是怎么做到的?
耗时7年,做出人造子宫
这一人造子宫,耗时7年打造,其中包含恒温箱、营养物质和通风系统。首先,研究人员会将人类脐带血清,添加到玻璃小瓶中。然后,将小鼠胚胎放置在玻璃小瓶内。这些瓶子会被连在一个轮子上,轮子会缓慢旋转,避免胚胎附着在玻璃瓶子上。因为,一旦不小心附着在瓶身上,胚胎就会发生变形,直接死亡。
接下来,科学家们会将恒温箱与通风系统相连,让通风设备泵入气体混合物,为胚胎提供氧气和二氧化碳,并合理控制气体浓度、压力和流量。研究人员表示,这能迫使氧气进入细胞,加速胚胎中血液系统和器官系统的工作。
但目前,研究人员最多只能在人造子宫中将这些小鼠胚胎培养至第11天(完整妊娠期约20天),类似于人类的胎儿阶段。在这之后,小鼠胚胎会变得太大,以至于缺乏胎盘所能提供的自然血液供应、且氧气无法通过,最终死亡。
这也是研究人员计划克服的下一个障碍。
他们计划采用营养液或人工血液,让胚胎继续存活下去。
目前,利用这种方法,他们已经成功培育了1000多个小鼠胚胎。
在进行这项研究的过程中,研究人员还向正在发育的小鼠胚胎中加入了毒素、染料、病毒和人类细胞,观察实验结果。进行这一系列研究的目的,是观察到胚胎完整的发育过程。
此前,科学家们要想研究胚胎,只能不断从动物子宫中取出,像“拍快照”一样观察发育过程。
现在,他们可以直接在人造子宫中,对胚胎进行培育、观察。
加州理工学院的生物工程教授Magdalena Zernicka-Goetz表示:“这项工作,为研究实验小鼠的模型,打开了一扇新时代的大门。”这项研究,对于流产、受精卵移植等研究都有帮助;此外,也有助于研究基因突变或缺失,会如何影响胎儿发育。
下一步:人类
不过,这些以色列科学家表示,他们的下一个研究对象也许是人类胚胎。
当然,他们还面临一个规则的束缚。
涉及人体胚胎研究,有一个国际公认的14天规则——全球科学家们同意,不允许人类胚胎在实验室中发育超过两周。这是因为,在两周后,胚胎将开始进行细胞分化、长出头部。
但部分胚胎科学家认为,14天太短,限制了他们的研究。
这项的通讯作者Jacob Hanna就表示:“我们进行人类胚胎研究时,只能从人工流产的胚胎(胎儿)上获取人体组织。”
否则,用试管婴儿的方式培养出的胚胎,不到两周就得被破坏。
“既然如此,为什么不能等它长到40天左右,再进行处理呢?”
Hanna表示,如果确实涉及到伦理上的问题,也可以对人类胚胎进行改造,使其无法充分发育。他认为,进一步研究人体胚胎,对于胚胎医学来说,将会是一个重大的进步。
其中一个应用方向,就是培养胚胎中原始器官的细胞,并用于器官移植。
不过,他也坚称,科学家们不会尝试用这种方式来完成“怀孕”的过程,何况这在大多数国家都是被禁止的。
作者介绍
两位共同一作,均来自位于以色列的魏茨曼科学研究所。
论文一作Alejandro Aguilera Castrejon,生命科学博士在读,主要研究方向是表观遗传重编程和多能干细胞。
共同一作Bernardo Oldak,博士,与Alejandro Aguilera Castrejon同属于Jacob Hanna的分子遗传学小组。
通讯作者Jacob H. Hanna,魏茨曼科学研究所的分子遗传学教授。Jacob Hanna的主要研究方向,是胚胎干细胞生物学、早期胚胎发育和人类疾病模型。

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