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胚胎干（ES）细胞能够在体外经历哺乳动物胚胎发生的许多方面1–5，但其发育潜能可通过与胚外干细胞的相互作用而得到显著拓展，这些胚外干细胞包括滋养层干（TS）细胞、胚外内胚层干（XEN）细胞以及可诱导的XEN（iXEN）细胞6–11。在此，我们利用小鼠ES细胞、TS细胞和iXEN细胞，在体外组装了干细胞来源的胚胎，并表明其能够重现子宫内天然小鼠完整胚胎直至受精后第8.5天的发育过程。
我们的胚胎模型表现出头褶，并具有明确的前脑和中脑区域，同时形成了类似跳动心脏的结构、由神经管和体节构成的躯干、包含神经中胚层祖细胞的尾芽、肠管以及原始生殖细胞。这一完整胚胎模型在胚外卵黄囊内发育，并启动了血岛发育。值得注意的是，我们证明，由Pax6敲除ES细胞与野生型TS细胞和iXEN细胞聚集组装而成的神经胚形成期胚胎模型，重现了天然全身性Pax6敲除胚胎中所发生的神经管腹侧区域扩张。因此，这些完整的类胚体是一个强有力的体外模型，可用于解析不同细胞谱系和基因在发育中的作用。
我们的结果表明，ES细胞与两类胚外干细胞具有自组织能力，能够重建哺乳动物从原肠胚形成直至并超越神经胚形成和早期器官发生阶段的发育过程。