Nature | 从一颗干细胞到完整人类胚胎，以色列科学家开发模拟人类早期发育的新模型

顶尖学术期刊《Nature》今日以“加速预览”（Accelerated Article Preview）形式上线了一篇有关人类胚胎早期发育模型的研究论文。由以色列魏茨曼科学研究所发育生物学家Jacob Hanna教授带领的团队，描述了如何用一颗未经基因修饰的人类多能干细胞，在体外培育出与人类胚胎十分类似的组织结构。

这一模型能够成功模拟人类胚胎从植入子宫到受精后14天的三维结构与关键特征，再现了人类胚胎植入后早期阶段几乎所有已知谱系和胚胎、胚外组织的空间组织形态发生，包括典型的双胚盘、卵黄囊、周围滋养细胞等。

研究人员指出，由于伦理和技术两方面的挑战，人胚胎在植入子宫并着床后的几天内（围着床阶段）如何发育，一直以来难以通过实验展开研究。然而，胚胎在这一早期发育窗口的变化又与妊娠失败、胎儿出生缺陷有着密切的关系。此次，研究团队在多年技术发展的基础上构建出的人类胚胎模型或能为今后的实验研究提供平台。

此前，Hanna教授的研究团队曾在《细胞》杂志发表论文，展示了人工合成小鼠胚胎的探索。利用原始态小鼠胚胎干细胞（naïve ESC）产生的胚胎干细胞和胚胎外干细胞，能够通过自组装，形成具有空间组织形态发生的胚胎模型，在人工生物反应器中发育生长，直到相当于原肠胚形成后阶段，即胚胎分化成身体三个主要基本组织类型的阶段。研究人员将这种胚胎发育模型称之为“基于干细胞的结构化胚胎模型”，简称SEM。

在小鼠胚胎模型的基础上，Hanna教授的研究团队将发现进一步推广到了人类，从未经基因修饰的原始态人类胚胎干细胞，得到了自组织的人类SEM。

▲优化原始态人类胚胎干细胞向人类SEM胚胎外谱系发育的流程（图片来源：参考资料[1]）

根据研究作者的描述，这种人类SEM能模拟人类胚胎从受精后7-8天到受精后13-14天的3D结构和关键发育特征。具体来说，包括了上胚层、下胚层、胚外中胚层和滋养层。与以往人类植入后胚胎模型相比，这一新模型具有整合胚胎模型的明确特征，包括植入后胚胎的所有谱系（但一些细胞亚群或需更多实验支持）和组织结构。

尽管源自干细胞的人类胚胎样组织似乎让我们距离实现科幻故事中的人工合成胚胎更近一步，但研究作者指出，他们的目标只是构建一个模型，希望为科学家们提供了一个前所未有的、详细探究人类早期发育的机会，规避使用人类胚胎所带来的伦理问题及争议，而且虽然这些人类SEM在结构上类似于胚胎，但它们与胚胎并不等同。此外，研究论文中提到，目前观察到人类SEM形成过程的成功率较低，发育阶段具可变性，这些限制因素还需要通过后续工作克服。