理解組織和器官形成的發(fā)育過程是發(fā)育生物學(xué)中的一個基本問題。在哺乳動物中，這一過程發(fā)生在胚胎植入子宮之后，這使得胚胎相對難以觀察和操作。因此，從原腸前期到器官發(fā)生的一系列發(fā)育事件仍有待完全了解，也難以操縱。建立支持植入后小鼠胚胎在子宮環(huán)境外正常長期發(fā)育的培養(yǎng)條件仍然具有挑戰(zhàn)性。

基于此，來自以色列雷霍沃特魏茲曼科學(xué)研究所分子遺傳學(xué)系的Jacob H Hanna教授帶領(lǐng)團(tuán)隊開發(fā)了高度有利的子宮外植入后小鼠胚胎培養(yǎng)平臺，該平臺能夠在胚化之前（E5.5）直到后肢形成階段（E11）進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐咛グl(fā)育。該研究成果以“Ex utero mouse embryogenesis from pre gastrulation to late organogenesis”為題在線發(fā)表在《Nature》 雜志上。

研究人員一開始就測試干了細(xì)胞研究中一些新建立的細(xì)胞培養(yǎng)補(bǔ)充劑或生物力學(xué)原理是否有助于應(yīng)對這一挑戰(zhàn)(例如，壓力控制、補(bǔ)充劑、合成血清等）。而且在轉(zhuǎn)鼓上使用了“滾筒培養(yǎng)系統(tǒng)”，并將其與定制的內(nèi)部開發(fā)的電子氣體調(diào)節(jié)模塊集成在一起，該模塊不僅可以高靈敏度地精確控制O2和CO2水平，而且還可以控制大氣壓力。后者的動機(jī)是壓力增加向組織輸送氧氣的能力，以及證明大氣壓力如何改變細(xì)胞生長的研究。同時建立了支持E7.5后期原腸胚(神經(jīng)板和頭褶階段)生長到后肢形成階段(~E11)的條件，效率很高。

接下來研究人員發(fā)現(xiàn)，25%DMEM、50%大鼠血清(RS)和25%人臍血清(HCS)的混合物持續(xù)支持胚胎生長，其效率比只使用大鼠血清高得多，并將這種培養(yǎng)基命名為體外培養(yǎng)液(EUCM)。值得注意的是，每24小時向EUCM補(bǔ)充額外的葡萄糖，直到培養(yǎng)期結(jié)束，對于克服培養(yǎng)兩天后的發(fā)育異常至關(guān)重要。每24小時順序增加氧氣水平是最理想的，從E7.5的5%O2開始，E8.5的13%，E9.5的18%，E10.5的21%O2結(jié)束。此外，保持6-7磅/平方英寸的氣壓對于正常和有效的開發(fā)也是至關(guān)重要的。該方案在培養(yǎng)4天后，在不同小鼠品系中獲得約77%的正常胚胎發(fā)育。4天后，胚胎開始出現(xiàn)異常，卵黃囊循環(huán)中斷，心包積液，并在一夜之間迅速死亡。

綜上，該研究團(tuán)隊報告了一種健壯的胚胎培養(yǎng)系統(tǒng)的建立，該系統(tǒng)充分地概括了小鼠在子宮內(nèi)的植入后發(fā)育，從原腸前期發(fā)育到器官發(fā)生的高級階段，使小鼠胚胎的外部和內(nèi)部操作得以應(yīng)用和監(jiān)測，最長可達(dá)6天的植入后發(fā)育。將哺乳動物胚胎從子宮環(huán)境中移出并在受控條件下正常生長的能力是表征從原腸發(fā)育到器官發(fā)生期間不同擾動對發(fā)育影響的有力工具，可以與遺傳修飾、化學(xué)篩選、組織處理和顯微鏡方法相結(jié)合。這項工作首次證明在哺乳動物中，原腸形成和器官發(fā)生的過程可以在培養(yǎng)皿中完全和充分地聯(lián)合重現(xiàn)。后者強(qiáng)調(diào)了胚胎的自組織特性，并為擴(kuò)大來自干細(xì)胞聚集胚胎和不同哺乳動物物種的合成胚胎研究奠定了基礎(chǔ)。（生物谷 Bioon）

小編推薦會議 2021（第一屆）3D細(xì)胞培養(yǎng)與類器官研討會

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