撰文 | 王聰
如今，有關哺乳動物胚胎發育的許多資訊要么觀察自非哺乳動物（例如青蛙或斑馬魚等），要么來自解剖小鼠的靜態胚胎圖像的疊加，雖然早在1930年代之前就已經有了在子宮外培養早期胚胎的想法，但是基于這種想法的實一直沒能取得實質性突破，得到的胚胎往往是異常的，
觀察一個受精卵是如何附著到等待的子宮壁變成胚胎，并發育出神經系統、心臟、胃以及四肢等。自1930年代以來，近100年里，這一直是胚胎發育領域備受追捧的“圣杯”，
如今，以色列魏茨曼科學研究所的科學家們完成了這一壯舉。
2021年3月17日，以色列魏茨曼科學研究所的Jacob H. Hanna等人在Nature期刊在線發表了題為：Ex utero mouse embryogenesis from pre gastrulation to late organogenesis 的研究論文，
研究團隊創建了一個人造機器子宮，并首次使用人造子宮培養了小鼠胚胎6天時間（達到小鼠整個妊娠期的三分之一），且胚胎在人造子宮培育過程中發育正常，
這項研究將為科研人員提供前所未有的工具，幫助了解基因編碼的發育程式，提供有關出生缺陷和發育缺陷以及與胚胎植入有關缺陷的詳細見解，
為了創造出能培養胚胎的人造子宮，Jacob H. Hanna團隊耗費了7年時間，反復試驗，微調，仔細檢查。
整個培養過程，分為兩步，研究人員首先提取受精卵之后幾天的小鼠胚胎，此時小鼠胚胎是一個大約250個干細胞組成的球，將這些胚胎放到實驗室培養皿中的特殊生長培養基上，就像它們附著在子宮壁上一樣。通過這一步驟，研究人員成功地復制了胚胎發育的第一階段，胚胎開始形成三胚層結構。
兩天之后，胚胎進入下一個發育階段，開始從每個胚層發育形成器官，在第二步中，研究團隊將胚胎放在小燒杯中的營養液中，將燒杯放在滾筒上，使溶液保持運動并不斷混合。
這種不斷地轉動混合有助于保持胚胎的生長，因為這些胚胎在沒有通過臍帶連接母體獲取營養的情況下，這種不斷轉動混合的方式能夠讓胚胎充分接觸到營養物質，且防止胚胎附著到瓶壁上導致死亡。
除了仔細調節燒杯中的營養物質外，研究團隊還反復實驗中了解到，要密切控制氣體氧氣和二氧化碳，不僅要控制氣體的數量和比例，還要控制氣壓，
他們開發的這個人造子宮系統，小鼠胚胎能在其中正常生長6天時間，這是小鼠20天完整妊娠期的大約三分之一，此時，培養的小鼠胚胎已經可以明顯看出身體結構和器官了，
這些階段是胚胎發育中最神秘、最有趣的部分，通過這些實驗，研究人員得以直觀觀察到胚胎的發育過程，并對其進行實驗，
為了檢查在人造子宮中發育的胚胎是否正常，研究團隊將其與在正常懷孕小鼠體內取出的小鼠胚胎進行對比，對比結果表明，人造子宮中生長的胚胎和正常懷孕發育的小鼠胚胎的發育和器官形成都幾乎相同。
在后續實驗中，研究團隊在胚胎中插入了熒光基因，以標記正在生長的器官。這表明可以在此基礎上對胚胎進行各種遺傳和其他操作以研究胚胎發育。
人造子宮（左）中發育與子宮（右）內發育對比
研究團隊表示，他們的下一個目標是嘗試跳過第一個步驟，即不從懷孕小鼠體內取出胚胎再培養，而是直接通過干細胞制成人工胚胎，直接在人造子宮中進行培養，
該研究提供了一個前所未有的工具，能夠在體外培育并觀察胚胎的發育過程，將大大加速發育生物學的研究速度，并減少對實驗動物的需求，
除此之外，研究團隊還希望通過這些研究最終解答人類胚胎發育的問題，例如為什么這么多女性無法受孕？為何胚胎植入窗口如此之短？干細胞在分化過程中是如何逐漸失去“干性”的？以及妊娠中的哪些狀況可能會導致將來的發育障礙？
https:http://www.nature.com/articles/s41586-021-03416-3
