关键词：小鼠胚胎；3D水凝胶；应力松弛

文献

3D biomimetic niche modulates embryo development in vitro

期刊

Nature Communications

doi

10.1038/s41467‑025‑68039‑y
 

子宫内部复杂动态的微环境，是调控哺乳动物着床后胚胎发育的关键，但体内胚胎深埋于子宫组织中，很难直接观察胚胎‑子宫的相互作用，传统体外3D培养模型也难以复刻蜕膜的生理特征，限制了早期胚胎发育机制的解析。来自中国科学院动物研究所的研究团队，构建出模拟母体蜕膜胞外基质特征的水凝胶体外培养体系，揭示力学微环境对胚胎发育的调控规律，成功将小鼠囊胚体外培养推进至类似体内E8.5的早期器官发生阶段，该研究成果发表于《Nature Communications》。

在本研究中，JuLI™ Stage活细胞成像分析系统承担了长期监测的关键任务，通过将设备直接放置于 CO₂培养箱内部，在不扰动培养环境的前提下，每 2 小时自动采集图像，不间断完成长达 9 天的延时成像，完整捕捉小鼠囊胚脱透明带、腔体分化、卵圆柱形成、卵黄囊生长直至出现早期心跳的全套形态演变，输出高质量动态影像素材，为统计各阶段胚胎发育效率、追溯发育时序变化提供了珍贵的连续原始数据及动态结果的呈现。

研究团队筛选出40‑MG水凝胶，它的硬度、孔隙大小都和小鼠真实蜕膜组织十分接近。通过不同交联方式、海藻酸盐材料，在不改变基质硬度的前提下，单独调节水凝胶的应力松弛能力，再搭配抑制剂处理、免疫荧光染色、钙信号检测和单细胞测序，一步步拆解微环境如何影响胚胎生长。
实验结果显示，这套3D培养系统表现极佳，卵圆柱阶段胚胎成功率达到59.8%，能长出心跳样结构的胚胎占比23.6%，优于不少同类培养方案。单细胞测序也证实，体外培养9天的胚胎，细胞类型、心脏和神经相关关键基因表达，和体内E8.5天然胚胎十分接近，只有少数应激代谢相关基因存在差异。

机制上发现，更快的应力松弛，可以帮助滋养层细胞形成黏着斑，实现胚胎和基质之间的力学信号交流；一旦应力松弛变弱，胚胎发育就会明显受阻，添加RGD黏附多肽还能一定程度挽回这个缺陷。除此之外，胚胎自己会分泌MMP2、MMP9蛋白酶，一点点降解周围的水凝胶，撑开孔隙给自己留出生长空间；如果把蛋白酶活性抑制住，胚胎发育就会卡住。

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