Science突破丨直视小鼠胚胎发育过程——黄强/沈西凌/ Rudolf Jaenisch等合作开发研究小鼠胚胎发育活体成像方法
责编丨迦溆
哺乳动物的胚胎发育是一个复杂的、具有时空动态变化的过程，此前的技术手段很难直接观察胚胎发育的动态过程，然而生物学家始终都希望能有一天亲眼所见哺乳动物胚胎的发育过程。
用不同的方法研究小鼠胚胎发育过程早已有之，然而目前每种方法总是有各式各样的缺陷。固定胚胎的组织学不能捕获发育动力学，超声或者磁共振成像的分辨率有限。尽管从子宫中取出的小鼠胚胎并在培养基中培养24至48小时后，可以通过显微镜对植入前至器官发生早期的阶段进行成像，然而尽管努力模仿子宫的内部环境，但由于无法重构胎儿-胎盘的营养交换，因此在形成各种器官的第9天（E9）之后仍无法培养胚胎。
2020年4月10日，来自西安交通大学黄强团队、杜克大学沈西凌团队以及麻省理工学院Rudolf Jaenisch团队等合作在Science杂志上发表了题为“Intravital imaging of mouse embryos”的研究论文，首次通过开发的研究小鼠胚胎发育活体成像技术，观察到了小鼠胚胎从第9.5天到出生的连续发育状况。
在这项研究中的核心研究成员之一——杜克大学生物医学工程系沈西凌教授先后在斯坦福大学获得学士、硕士、博士学位，后又在加州伯克利分校接受了生物工程专业博士后的培训，由于他有着跨学科的学习和研究背景，他的研究团队此前就实现了在活体动物中的单细胞跟踪。而本文的第一作者和共同通讯作者、西安交通大学附属二院的黄强教授是一名外科学博士，2017年获国家留学基金委公派赴杜克大学生物医学工程系研修，与沈西凌教授以及小鼠遗传以及胚胎发育领域的顶尖专家Rudolf Jaenisch团队合作，利用生物工程学的手段通过设计了一个“腹窗（abdominal window）”植入子宫，对从胚胎第9.5天到出生的子宫内小鼠胚胎进行了连续成像。腹窗口是圆形的，内径为10毫米，深度为1.5毫米，并盖有玻璃盖玻片，可将其移开以操纵胚胎，在胚胎发育第9.5天植入圆形窗后，胚胎的存活率约为65.6％。而到胚胎发育第12.5天植入圆形窗或椭圆窗，胚胎存活率可分别达到81.9%和84.1%。
使用这种新技术，研究人员能够看到小鼠胚胎发育器官形成过程中的动态活动，这其中包括：大脑的神经传递与细胞分裂、视网膜的自噬、病毒基因的递送以及胎盘的药物转运。此外，研究人员还追踪了人鼠嵌合的神经嵴细胞的不同命运（Jaenisch实验室此前在PNAS报道过人数嵌合体的工作【1】）。这项技术还可以与各种组织操作以及各种显微镜方法相结合，以前所未有的时空分辨率研究发育过程。
总的来说，该研究令人兴奋，综合小鼠遗传、外科手术、生物工程、3D打印等多种方法技术的联合使用，充分体现了不同团队优势互补合作的重要性，而且是要“强强联合”。该项技术非常有助于在体动态连续观察早期器官形成过程中不同细胞的命运决定，进行时空上的可见的细胞谱系分析，对发育生物学领域具有十分重要的意义。此外，基于此技术，还可以拓展到其它生物学研究领域。
一句话，这个技术就是赞！希望该技术能够迅速在同行中推广普及，早日“飞入寻常百姓家”，服务广大生物研究同行。
参考文献：
1、Cohen, M. A., Wert, K. J., Goldmann, J., Markoulaki, S., Buganim, Y., Fu, D., & Jaenisch, R. (2016). Human neural crest cells contribute to coat pigmentation in interspecies chimeras after in utero injection into mouse embryos. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(6), 1570-1575.
原文链接：
https://science.sciencemag.org/content/368/6487/181