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胚胎幹（ES）細胞能夠在體外經歷哺乳動物胚胎發生的許多方面1–5，但其發育潛能可通過與胚外幹細胞的相互作用而得到顯著拓展，這些胚外幹細胞包括滋養層幹（TS）細胞、胚外內胚層幹（XEN）細胞以及可誘導的XEN（iXEN）細胞6–11。在此，我們利用小鼠ES細胞、TS細胞和iXEN細胞，在體外組裝了幹細胞來源的胚胎，並表明其能夠重現子宮內天然小鼠完整胚胎直至受精後第8.5天的發育過程。
我們的胚胎模型表現出頭褶，並具有明確的前腦和中腦區域，同時形成了類似跳動心臟的結構、由神經管和體節構成的軀幹、包含神經中胚層祖細胞的尾芽、腸管以及原始生殖細胞。這一完整胚胎模型在胚外卵黃囊內發育，並啟動了血島發育。值得注意的是，我們證明，由Pax6敲除ES細胞與野生型TS細胞和iXEN細胞聚集組裝而成的神經胚形成期胚胎模型，重現了天然全身性Pax6敲除胚胎中所發生的神經管腹側區域擴張。因此，這些完整的類胚體是一個強有力的體外模型，可用於解析不同細胞譜系和基因在發育中的作用。
我們的結果表明，ES細胞與兩類胚外幹細胞具有自組織能力，能夠重建哺乳動物從原腸胚形成直至並超越神經胚形成和早期器官發生階段的發育過程。