Nature Video:胚胎发育的前14天

Nature自然科研  |   2019-01-21 17:29



我们都是从胚胎发育而来,目前人们也已经对孕育新生儿的9个月里发生的过程有了相当的了解。不过,有一个阶段目前仍然所知有限:最初的几周。不过,随着人体胚胎培养技术的不断发展,科学家已经开始了解人类最初的发育过程。


几十年来,研究这一非常关键的人体胚胎的早期过程存在巨大的技术困难。胚胎难以获取,不易在体外存活,而且存在伦理方面的挑战——上世纪七八十年代制定的研究指南禁止科学家在体外培养胚胎超过14天。


尽管存在种种限制,但科学家已大致了解胚胎在最初关键几周内的发育过程(这些结论多来自于动物实验,或少量的人类组织样本)。科学家认为,精子让卵子受精后,一个细胞变成两个、四个、八个甚至更多。在第5天或第6天时,细胞团会形成不同类型的细胞,科学家把这个细胞团称为囊胚。假如一切顺利,囊胚内的细胞会开始分化,一周后,囊胚会植入子宫内壁。


接下来发生了什么一直是一个谜,因为囊胚自己埋入子宫内壁之后就藏了起来,科学家想要在人体内研究它几乎不可能。为了搞清楚这一关键过程,一种方法是利用接受生育治疗的人士捐赠的弃用胚胎。在过去数年,一些实验室找到了培养这种胚胎的新方法。


新技术使研究者能够绘制有史以来最详细的人类发育图。在下面的视频里展示了实验室培养到第六天的胚胎,最终会成为胎儿的细胞被标成绿色,最终会形成胎盘的细胞被标成了蓝色。到了第8天,细胞开始自我重组排列,绿色的胎儿细胞已经开始凝集,会形成母-胎界面的红色细胞被标出,人体内“胚外”结构的发育时间,似乎晚于研究人员基于其他动物研究所预期的时间。


第10天。整个细胞体积变得更大,细胞开始发育成支持结构。令人意外的是,在这个阶段,胚胎可以不依赖母体组织的输入自我发育。


到了第12天,胚胎外部开始与子宫内壁更紧密地连接在一起——毕竟在自然妊娠中,接下来9个月胚胎都将在子宫里发育。你甚至可以看到一些小孔出现,准备好迎接母体血管向胚胎输送必不可少的氧气和营养素。到了这个时候,胚胎通过一种激素向母体发出信号(HCG,人绒毛膜促性腺激素),即验孕时所检测的成分。


两周后,研究团队遵守胚胎伦理“14天规则”终止了实验。为了了解14天之后发生了什么,研究人员必须借助于其他技术。近来,科学家成功利用干细胞打造了人工胚胎样结构。这些局部模型可用于研究细胞信号传导,甚至至关重要的原条的形成。


原条由一组细胞组成,介导原肠胚的形成。正是在此时,胚胎决定哪一头将发育成胎儿头部。研究人员使用在动物胚胎中培养的人体干细胞来研究这一过程。即使在早期发育阶段结束后,离最终形成人体仍有很长的距离。为了研究后期发育,科学家制作并分析了高分辨率人体胚胎和胎儿3D图谱,有团队发现,左右手的神经生长其实并不对称:部分分支的发育路径是随机的。还有团队发现,早期胚胎生长的肌肉会随着胎儿发育逐渐消失,但原因尚不明确。


研究人员越来越确定,人体胚胎最初几周的发育是非常重要的。许多科学家希望,通过更多的研究,能够找到妊娠失败和出生缺陷背后的原因,乃至提高体外受精的成功率。


但在此之前,一些科学家只希望能彻底搞清楚——在所有人类的诞生之初,这一小团细胞到底经历了什么。

来源:Nature-Research Nature自然科研

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