《Nature》:以色列團隊體外鼠胚胎培育新技術 解哺乳類發育之謎

2021/03/18
《Nature》:以色列團隊體外鼠胚胎培育新技術 解哺乳類發育之謎
美國時間17日,以色列魏茨曼科學研究所(Weizmann Institute of Science)研究團隊發表一種兩步驟體外培育胚胎技術,讓科學家得以在母鼠子宮外的實驗室環境,研究哺乳類胚胎階段的基
美國時間17日,以色列魏茨曼科學研究所(Weizmann Institute of Science)研究團隊發表一種兩步驟體外培育胚胎技術,讓科學家得以在母鼠子宮外的實驗室環境,研究哺乳類胚胎階段的基因調控、發育缺陷等科學問題,解決了自1930年以來的重大挑戰。這項成果發表在最新一期知名學術期刊《Nature》。
 
此研究通訊作者、魏茨曼科學研究所分子遺傳學系教授Jacob Hanna表示,目前對哺乳類胚胎發育的了解,都是以會產下透明卵的非哺乳類物種(例如魚、蛙類),或者疊加鼠胚切片的靜態影像。
 
Hanna表示,雖然在1930年代學界就出現在子宮外培育哺乳類胚胎的想法,但這項挑戰至今都難以克服,鮮少取得成功、多半會得到畸形的胚胎。
 
不過,他們在歷經7年不斷的嘗試,終於建立了兩步驟的體外鼠胚培育法,可讓鼠胚得以在子宮外正常發育6天,相對於老鼠完整的懷孕期約為20天,鼠胚在6天大的階段,就會具有完整(well-defined)的體型呈現(body plan)與可辨認的器官供研究。
 
第一步驟約為期2天。研究團隊將僅有幾天大、已在母鼠子宮壁著床的鼠胚,移植、貼附到特殊的實驗室培養基上。此階段的鼠胚,約是由250顆相同的幹細胞組成。研究團隊發現,這個步驟能成功重現胚胎在子宮內的第一階段發育:胚胎在體積上進展了2到3倍,且分化出內、中、外胚層等三層構造。
 
第二步驟中,研究團隊科學家將胚胎放入裝有營養溶液、且持續攪拌混合的燒杯,除了營養物質的調控,也仔細調整氧氣及二氧化碳的氣體分壓。結果發現,此步驟可讓三個胚層分化成不同器官。
 
研究團隊將這種新方法培養出來的鼠胚,和從懷孕母鼠中取出的鼠胚,在對應的不同階段仔細比較,發現在胚胎分層和器官形成上幾乎相同。其後,他們也成功在鼠胚植入可標示器官的胚胎螢光基因,顯示這套系統可用於進行各種即時性(real-time)的遺傳學或發育模擬的實驗研究。
 
研究團隊表示,接下來他們將嘗試跳過從懷孕母鼠中移出鼠胚的步驟,轉由幹細胞製成人工胚胎。Hanna也表示,期待透過這種方法降低對實驗室動物的需求,並降低研究成本、加速研究進展,也可用於探究無法著床的原因、著床窗期(implantation window)為何很短、幹細胞如何在分化過程中逐漸失去幹細胞特性、懷孕期間哪些因素可能會導致胎兒發育缺陷等。
 
參考資料:
https://www.news-medical.net/news/20210317/New-method-for-growing-embryos-outside-the-womb.aspx
 
(編譯 / 吳培安)