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胎发育必不可少的两位舞者：胚胎干细胞与滋养层干细胞

胞工程如何进行?

如果我们真的要进行细胞工程的话，我们就得要以孩童拼乐高积木的方式，一次一个地将细胞组合成胚胎。但我们并没有经由口吸管的方式（请参考第五章）来这样做，而是把一切都留给机率来决定。

我们在培养皿中混合了不同浓度的两种细胞，并让它们自由接触。我们在第二天透过显微镜看到，有些细胞确实开始相互作用并形成结构。但为数不多，因为这取决于无法预测的机率。不过当胚胎干细胞与滋养层干细胞结合时，它们就会以惊人的方式进行自我建构，它们好像知道自己要做什么，也有个目标。

胚胎发育过程经历了什么?

我们在实验室暗房的显微镜下，看到许多胚胎发育的基本过程。我们首先看到细胞极化。接着干细胞会自我建构，胚胎干细胞会聚集在一端，而滋养层干细胞则聚集在另一端。由于胚胎干细胞衍生出的胚胎部分与滋养层干细胞衍生出的胚外部分会进行对话，所以在每个细胞群中的空腔后续会打开并创造出三维的 8 字形。我们发现这涉及到一个名为 Nodal 的蛋白所传送的讯号。这两个空腔之后会融为一体，最终形成一个对胚胎发育至关重要的大型羊膜腔。这种体腔形成的过程似乎就跟真正胚胎在着床不久后会发生的情况一样。我们看见了自我建构的惊人创举。

不过，我们当然总是想要更进一步，让合成胚胎中胚胎干细胞所衍生部位里的那些类胚胎细胞，能够适当地打破对称性。我们的意思是让这些细胞设法进行原肠化，也就是提供未来身体体制基础的关键步骤。

我们发现若是可以让胚胎干细胞与滋养层干细胞结构再发育久一点，它们确实会打破对称性。

像 Brachyury 这类基因就会在胚胎与胚外部位之间开始表现，就跟真正胚胎的情况一样。Brachyury 基因至关重要，因为它会影响中胚层的形成与前后轴线。 这个发现不但让我的心跳差点停止，也让实验室中的每个人都大为惊奇。

这些类胚胎结构与正常胚胎结构非常相像，足以用于揭开在母体着床时期的某些发育谜团。很明显地，胚胎干细胞与滋养层干细胞一同建造的结构所模拟出的胚胎形态与结构模式，要比只使用胚胎干细胞要来得精确许多——这是更值得信赖的发育模型。

图/unsplash

感觉起来，这两种干细胞就好像两名舞者彼此都告诉对方，自己在胚胎中的所在位置。没有这场双人舞，正确形状与形式的发育以及关键生物机制的适时运作就不会适当发生。我们也发现这个结构模式的发育，得仰赖 Wnt 与骨成形性蛋白质（bone morphogenetic protein, BMP）的讯号路径，这与真正胚胎的发育情况一样。

投稿论文的种种阻力与助力

我们将这篇论文投稿至《自然》。由于许多论文在初始阶段就会被退回，所以我们知道编辑将稿子送去审阅时，士气不由得为之一振。编辑们的知识渊博，经验也丰富，能走到这一步就是一种重要的认可，所以我们有场小小的庆祝活动，因为即使是小小的成功也能做出改变。

不过最终他们没有接受我们的论文，除非得像一位审稿人要求的那样，提供合成胚胎在自我建构时所用基因的详细资料，以及这些基因的表现模式在自我建构的每个阶段是如何变化的。这将会是一件大工程。然而这仿佛算不上是什么坏消息，因为我的实验室中并没有技术可以研究这些基因所运用的转变形态模式。我需要寻求经费来购买我负担不起的设备，我们也需要找到合作伙伴。

我受邀到澳洲猎人谷为欧洲分子生物学组织大会进行讲座。那时正值学校放假，所以我带着赛门一起踏上这次的冒险旅途。我们在香港转机，顺便停留一天拜访当时的行政长官梁振英，他是我最好的前博士生之一梁传昕的父亲。

图/unsplash

我的演讲是由小鼠发育生物学家谭秉亮（Patrick Tam）开场，我感到非常荣幸，因为我向来就对谭秉亮的研究极为崇拜。赛门与我加入谭秉亮与他太太伊莉莎白（Elizabeth）的行列，一起到雪梨的海边走走，一路上谭秉亮告诉我有关他与上海生命科学研究院景乃禾（Naihe Jing）的合作，景乃禾利用雷射切割胚胎，揭露了胚胎基因的表现模式。我非常幸运，因为在我回到剑桥不久后，景乃禾就到剑桥来拜访，所以我能够亲自与他见上一面。我们同意一起合作揭开我们类胚胎结构中基因表现的模式。景乃禾团队的贡献将是我下一章故事的重心。那时我们才意识到，可能要花上一年的时间才有辧法确实做到这一点，而我也不确定我们是否愿意为了让《自然》的编辑满意（或者还是不满意，谁知道呢）而等这么久。

那时，莎拉与柏娜已经累积了更多的数据，所以我们决定将研究结果投稿到我比较不熟悉的《科学》。事实证明这是正确的选择。跟过往一样，审稿人要求我们再多做一点实验。但这次的要求还做得到，只是我们就得在 2016 年的圣诞节假期长时间的工作，以便在新学期开始前完成手稿。大卫也一起下来帮忙，他成为这篇论文的共同作者。

为“类胚胎模型”命名也是一门大学问

命名很重要，因为“珠子”那个命名的前车之鉴，所以我们对于要怎么为我们的类胚胎模型命名进行了漫长的讨论。这些模型让我们知道胚胎结构是如何从干细胞自我建构而成，所以我们想要给它们取个特别的名字。但是我们最后没有得到共识。

图/imdb

《科学》的编辑不喜欢“合成”类胚胎结构这个名字。我在期中假期得知这个消息，那时我正与家人及朋友滑雪度假中，所以我请他们一起来想想其他的名字。这或许就是为何我们会想到“ETs”这个名字的原因之一。史蒂芬.史匹柏有部科幻电影讲述到从异世界来的访客，而从干细胞自我建构出的第一个类胚胎结构似乎也带给我们这样的感受。不过这个 E 不是代表“另外（extra）”的意思，而 T 也不是“地球人（terrestrials）”的意思。E 代表的是胚胎干细胞（ES），而 T 代表的则是滋养层细胞（TS）。