《细胞》重磅：这是你从未看过的高清胚胎发育过程（动图）

药明康德/报道

本周对于研究发育生物学的科学家们来说，是具有里程碑式意义的一周：来自霍华德·休斯医学研究所（HHMI）的一支团队研发出了一种新型显微技术，能让我们在时间与空间的维度上，以前所未有的清晰度看清小鼠胚胎的发育过程。相关论文也在昨日在线发表在了顶尖学术期刊《细胞》上。

▲这项研究让我们在时间与空间的维度上，以前所未有的清晰度看清小鼠胚胎的发育过程（图片来源：参考资料[1]）

胚胎发育，雾里看花

很多人相信，生物学是一门“眼见为实”的学科。从某种意义上说，生物学里没有无法解决的问题。只要能做亲眼观察，这些问题也就迎刃而解。

对于研究发育生物学的科学家们来说，“眼见为实”正是他们研究胚胎发育的原则。近年来，利用先进的单层光显微技术（light-sheet microscopy），科学家们成功看清了斑马鱼和果蝇的胚胎发育过程。这种技术能用一层超薄的激光对胚胎进行扫描，并将其还原成一个三维结构。由于这两种生物的胚胎相对比较透明，尺寸也较小，科学家们在观察过程中，并没有遭遇太多困难。

▲记住这台显微镜。读完文章，你会回来给它点赞的（图片来源：参考资料[1]）

但哺乳动物的胚胎发育过程就没那么好观察。以小鼠胚胎为例，它的组织透光度较低，细胞对光敏感，难以观察；在发育的早期，小鼠胚胎的体积会猛增一个数量级，细胞的数量和位置会发生剧烈变化，难以追踪；此外，体外观察小鼠胚胎，也需要搭建一个无菌且营养充沛的环境，技术难度较大。因此，对于小鼠胚胎发育过程的动态追踪，一直是个难题。

这个难题在本篇《细胞》论文中，得到了很好的回答。

前所未有的“观影”体验

在这项研究中，科学家们搭建了一台更为聪明和强大的单层光显微镜。配合先进的算法，这台显微镜能够动态追踪胚胎的位置与体积，在短短几毫秒内作出变化，更好地进行对焦和观察。此外，科学家们也优化了胚胎的体外培养技术。利用这套系统，我们能追踪每一个细胞的生长过程，看清单个细胞如何一步步参与胚胎的发育。

光凭文字很难描述清这套系统有多么强大，我们来看动图吧。

▲这套系统能完整记录小鼠胚胎长达两天的发育过程（图片来源：参考资料[1]）

▲我们能了解心脏等不同器官的发育过程（图片来源：参考资料[1]）

▲显微镜下，新形成的心脏，搏动清晰可见（图片来源：参考资料[1]）

▲我们也能看清脊髓和大脑的发育过程（图片来源：参考资料[1]）

▲机器算法可以追踪胚胎发育中的细胞分裂（图片来源：参考资料[1]）

▲我们甚至还能看清单个细胞的发育历史（图片来源：参考资料[1]）

▲再从单细胞的角度来看看小鼠的胚胎发育过程（图片来源：参考资料[1]）

尽管人们已经花了几个世纪的时间来研究小鼠和其他实验室动物的胚胎发育，但“我们还不是很清楚细胞如何迁移，如何在组织发育形成的过程中进行排列组合，如何与周围的细胞相互作用，”本研究的通讯作者之一Philipp J. Keller教授说道：“（在这台显微镜的帮助下，）我们首次能够在整个胚胎发育过程中，观察单个细胞的变化。”

点击文末“阅读原文”/“Read More”，即可观看完整视频（约80MB）

参考资料：

[1] Katie McDole et al., (2018), In Toto Imaging and Reconstruction of Post-Implantation Mouse Development at the Single-Cell Level, Cell, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.09.031

[2] New microscope shows mouse embryos developing second by second, cell by cell, Retrieved October 12, 2018, from https://www.statnews.com/2018/10/11/new-microscope-shows-mouse-embryos-developing/

[3] New microscope offers 4D look at embryonic development in living mice, Retrieved October 12, 2018, from New microscope offers 4D look at embryonic development in living mice

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