一只拥有跳动心脏的老鼠胚胎完全生长在培养皿中

最复杂的生命形式完全在培养皿中发展，可以通过微小的跳动的心脏泵血，在实验室中逐渐生长的神经和肌肉。

这些哺乳动物细胞的小集合形成基本的小鼠胚胎，从零开始从干细胞中构建出来——这些细胞有可能发展成体内任何其他细胞类型。

虽然科学家已经成功地创造了一段时间的合成器官称为器官，但这些缺乏在真正的交易中发现的各种各样的细胞类型。这种人为制造的老鼠胚胎要复杂得多。

这项研究的作者之一、弗吉尼亚大学的发育生物学家克里斯汀·特塞说："观察胚胎发育是一件奇妙的事情。

"令人惊讶的是，我们可以得到存在于正宗小鼠胚胎中的各种组织。[此] 模型表明，我们能够诱导细胞在正确的步骤继承中执行复杂的发育计划。

胚胎不是一个完整的未出生的老鼠，它不能完全发展成一个，因为关键部分仍然缺失 - 像大脑的一大块。但是这个实验的复杂性使研究人员朝着在实验室中建立功能齐全的器官迈出了一大步。

发育生物学家伯纳德·特塞说："人体器官由多种细胞类型组成，这些细胞类型来自生长中的胚胎的不同部分。例如，肠道是由形成空心管的细胞构成的。这种管子的模型在一个菜已经作出，被称为肠道器官。

"然而，这个管子不足以使一个功能性的肠道，因为这个器官包含其他成分，如平滑的肌肉，血管和神经，控制肠道的功能，这是由不同来源的细胞。

"拥有功能器官形成所需的各种细胞的唯一方法是开发所有前体细胞都存在的系统。我们利用干细胞设计的胚胎状实体正是提供这种结果的。

开发这些功能齐全的生物系统需要得到大量恰到好处的东西，如正确的细胞类型、空间位置和细胞信号的时间，以获得预期的结果。由于几代人在发育生物学方面的研究，包括这个团队以前对斑马鱼的研究，合成再造这些复杂的过程才有可能。

之前的许多尝试都是建立在一起的。这些缺少的东西，如所有类型的组织，没有形成头部结构，未能正确组织组织，或发展到胚胎阶段称为胃结。

这些问题中有许多涉及在形成胚胎内空间限制发育化学信号的必要性。这一点及其同事在斑马鱼实验中开发了一种方法，为信号化学物质创建中心，为细胞群提供方向感 - 背部和前部、头部和尾部。

然后，他们可以控制这些信号的时间、大小和强度。

他们的工作现在已经最终在这些奇迹般地运作小鼠胚胎，与所有正常的早期胚胎组织层。正确组织好的细胞和组织被正确排列在胚胎脊髓前体（鼻腔），包括发育消化、肌肉、神经和循环系统以及跳动的心脏。

然而，胚胎仍然缺少大脑的某些部分，研究小组怀疑这可能是因为化学信号告诉细胞它们处于对接端（称为WNT morphogen）传播得太远。

伯纳德·泰斯说："有了我们开发的技术，我们应该能够在某个时候操纵控制胚胎形成的分子信号，这应该能够产生胚胎状实体，包括前脑在内的所有组织和器官。

研究人员希望学习如何完全控制和操纵胚胎发育，并认为它可能成为研究疾病的有力工具。

克里斯蒂娜·特西斯说："拥有各种组织，让我们希望科学界能够建立具有适当血管化、内向和与其他组织相互作用的器官。

"这对于有朝一日能够在盘子中产生功能性人体替代器官至关重要。这将克服器官移植的短缺。