心脏跳动的小鼠胚胎已在培养皿中完全生长

完全在培养皿中开发的最复杂的生命形式可以通过微小的跳动心脏泵血，在实验室中逐渐生长神经和肌肉。

这些哺乳动物细胞的小集合形成了基本的小鼠胚胎，是从头开始构建的- 有潜力发育成体内任何其他细胞类型的细胞。

虽然科学家已经成功地创造合成器官称为类器官一段时间以来，这些细胞缺乏真正的细胞类型。 这个人造小鼠胚胎要复杂得多。

“观察胚胎发育是一件奇妙的事情，”说弗吉尼亚大学的发育生物学家 Christine Thisse 是该研究的作者之一。

“令人惊奇的是，我们可以获得真实小鼠胚胎中存在的各种组织。[这个]模型表明我们能够诱导细胞以正确的步骤连续执行复杂的发育程序。”

胚状体并不是一只完整的未出生的小鼠，它也无法完全发育成小鼠，因为它的关键部分仍然缺失——比如大脑的一大块。 但这项实验的复杂性使研究人员朝着能够在实验室中构建功能齐全的器官迈出了一大步。

“人体器官由多种细胞类型组成，这些细胞类型源自生长胚胎的不同部分。”说发育生物学家伯纳德·蒂斯。 “例如，肠道是由形成空心管的细胞制成的。这种管子在培养皿中的模型已经制作完成，称为肠道。

“然而，这个管子不足以形成功能性肠道，因为这个器官含有其他成分，例如控制肠道功能的平滑肌、血管和神经，并且由不同来源的细胞制成。

“拥有形成功能器官所需的所有细胞的唯一方法是开发其中存在所有前体细胞的系统。我们使用干细胞设计的胚胎样实体正好提供了这一点。”

开发这些功能齐全的生物系统需要做好一系列准备工作，例如正确的细胞类型、空间位置和细胞信号的时间安排，以获得所需的结果。 综合重建这些复杂的过程只有得益于发育生物学几代人的研究，包括该团队的先前对斑马鱼的研究。

许多先前的尝试都是建立在这些尝试的基础上的。 这些缺少诸如整个组织类型,没有形成头部结构，未能正确组织组织，或发育到称为胚胎阶段原肠胚形成。

其中许多问题涉及需要在空间上限制形成胚状体内的发育化学信号。 Thisse 和他的同事在斑马鱼实验中开发了一种方法来做到这一点——为信号化学物质创建中心，为细胞簇提供方向感——前后、头部和尾部。

然后他们可以控制这些信号的时间、大小和强度。

他们的工作现在已经达到了顶峰，这些小鼠胚胎具有神奇的功能，具有所有正常的早期胚胎组织层。 正确组织的细胞和组织在胚状脊髓前体（脊索）周围正确排列，包括发育中的消化系统、肌肉系统、神经系统和循环系统以及跳动的心脏。

然而，胚状体仍然缺少大脑的某些部分，研究小组怀疑这可能是因为化学信号告诉细胞它们位于末端（称为WNT形态发生素）传播得太远。

“利用我们开发的技术，我们应该能够在某个时候操纵控制胚胎形成的分子信号，这应该会导致生成包含所有组织和器官（包括前脑）的胚胎样实体。”说伯纳德·提斯.

研究人员希望了解如何完全控制和操纵胚状体的发育，并认为它可能成为研究疾病的有力工具。

“制作出各种各样的组织让我们希望科学界能够构建具有适当血管化、神经支配以及与其他组织相互作用的器官，”Christine Thisse说。

“这对于有一天能够在培养皿中生产功能性人类替代器官至关重要。这将克服移植器官的短缺问题。”

他们的研究发表在自然通讯。