科学家首次用机械子宫，让哺乳动物胚胎在体外存活6天丨Nature

萧箫 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

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。

论文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03416-3

参考链接：
[1]https://www.nytimes.com/2021/03/17/health/mice-artificial-uterus.html
[2]https://www.technologyreview.com/2021/03/17/1020969/mouse-embryo-grown-in-a-jar-humans-next/