改进的模型系统使研究人员能够研究胚胎发育

密歇根大学医学院细胞与发育生物学系Idse Heemskerk实验室的博士生Bohan Chen及其同事的研究改进了一种流行的实验模型，从而揭示了胚胎形成过程中关键时期的更多内部运作。

研究结果发表在《自然方法》杂志上。

科学家研究发育的部分原因是为了了解身体结构形成时会出现什么问题。最终的希望是能够预防出生缺陷并确定妊娠失败的原因。

然而，在实验室研究胚胎充满了重要的伦理和技术考虑。

为了缓解这些担忧，许多研究人员转向由称为原肠胚样干细胞组成的简单二维结构。胃泌素类在体外（在培养皿中）生长（培养），并模拟一些最早的发育时刻，而没有发育成人类的潜力。

在实验中，原肠胚类动物再现了原肠胚形成过程的各个方面。

在原肠胚形成过程中，所谓的原始细胞条纹产生了最终构成身体计划的三层细胞胚胎：外胚层（外层），它产生了皮肤、神经系统和其他外部结构；中胚层（中间层），成为心脏、肌肉、骨骼和其他内部结构；以及成为胃肠道、肺、肝和其他器官的内胚层（内层）。

然而，原肠胚的体外培养通常只持续了两天。在那之后，细胞变得紊乱并停止发育。

Heemskerk说：“我们开始使用不同的培养基，并对模型进行了其他几项改进。当我们尝试培养细胞超过两天时，它实际上奏效了，并做了一些非常有趣的事情。”

来源：Nature Methods（2025）。DOI:10.1038/41592-025-02669-4

首先，研究小组发现，发育中的中胚层干细胞开始在原始单层细胞下方移动，形成多层结构，就像在真实胚胎中一样。Heemskerk说：“这个过程很难想象；我们甚至不知道它在小鼠身上是如何起作用的。”然而，他们的扩展模型使他们能够看到中胚层干细胞的迁移是从细胞组的边缘向中心的。Heemskerk说：“这意味着有一些东西——我们还不知道是什么——告诉他们该走哪条路。我们现在有一个装置，可以弄清楚是什么在引导他们的运动。”。

研究小组还确定，原肠胚中的中胚层细胞有几种不同的亚型，表达不同的基因，他们使用荧光进行可视化。Heemskerk说：“通过观察细胞表达的基因，你可以看到它最终会变成哪个器官。”。

这就引出了一个问题：细胞在迁移之前知道它们的命运是什么吗，或者它们最终会在哪里决定它们会是什么？Heemskerk希望利用他们的扩展模型继续这项工作，以回答这些以及更多关于哺乳动物发育的问题，并得出结论：“这是一个简单的模型，它使我们能够看到在复杂的3D结构中非常困难的东西，但它也捕捉到了生物现象，同时让我们避免了使用胚胎时的担忧。”。p