由魏茨曼科学研究所JacobHanna教授领导的一个研究小组利用实验室培养的干细胞创建了完整的人类胚胎模型，并成功地将它们在子宫外培养到第14天。正如今天《自然》杂志报道的那样，这些合成胚胎模型具有该阶段的所有结构和区室特征，包括胎盘、卵黄囊、绒毛膜囊和其他确保模型动态和充分生长的外部组织。

之前的研究中源自人类干细胞的细胞聚集体不能被认为是真正准确的人类胚胎模型，因为它们几乎缺乏植入后胚胎的所有定义特征。特别是，它们不含有胚胎发育所必需的几种细胞类型，例如形成胎盘和绒毛膜囊的细胞类型。此外，它们不具有胚胎的结构组织特征，并且没有表现出进展到下一个发育阶段的动态能力。

鉴于其真实的复杂性，汉纳研究小组获得的人类胚胎模型可能提供前所未有的机会，为阐明胚胎的神秘起源提供新的线索。人们对早期胚胎知之甚少，因为出于伦理和技术原因，研究它非常困难，但它的初始阶段对其未来的发育至关重要。

在这些阶段中，细胞团在其存在的第七天植入子宫，在三到四个星期内变成一个结构良好的胚胎，已经包含所有的身体器官。

“戏剧性的是在怀孕的第一个月，剩下的八个月主要是大量的生长，”汉娜说。“但是第一个月在很大程度上仍然是一个黑匣子。我们的干细胞衍生的人类胚胎模型提供了一种合乎道德且易于理解的方式来观察这个盒子。它非常模仿真实人类胚胎的发育，特别是其精致的胚胎的出现。建筑学。”

让胚胎模型说“走!”

汉纳的团队建立在他们之前创建基于合成干细胞的小鼠胚胎模型的经验之上。与该研究一样，科学家们没有使用受精卵或子宫。相反，他们从被称为多能干细胞的人类细胞开始，这种细胞有可能分化成许多(尽管不是全部)细胞类型。有些来自已恢复“干性”的成人皮肤细胞。其他的是在实验室培养多年的人类干细胞系的后代。

然后，研究人员使用汉纳最近开发的方法对多能干细胞进行重新编程，以便将时钟倒转：将这些细胞恢复到更早的状态(称为幼稚状态)，在这种状态下它们能够成为任何东西，也就是说，专门研究任何类型的细胞。

这个阶段对应于自然人类胚胎的第7天，即胚胎植入子宫的时间。事实上，早在2013年，Hanna的团队就率先开始描述生成人类原始干细胞的方法;多年来，他们不断改进这些方法，这些方法是当前项目的核心。

干细胞衍生的人类胚胎模型的视频，其发育阶段相当于人类胚胎第14天的发育阶段。它显示了妊娠测试中使用的激素(绿色)和将成为胎盘的外层(粉色)，包括特征性的空洞，称为空洞。在正常怀孕期间，腔隙允许母体血液和胎儿之间交换营养和废物。图片来源：魏茨曼科学研究所

科学家们将这些细胞分为三组。打算发育成胚胎的细胞保持原样。其他每一组中的细胞仅用化学物质处理，不需要任何基因改造，以打开某些基因，其目的是使这些细胞分化为维持胚胎所需的三种组织类型之一：胎盘、卵黄囊或最终形成绒毛膜囊的胚胎外中胚层膜。

在优化、专门开发的条件下混合在一起后不久，细胞形成团块，其中约1%自组织成完整的胚胎样结构。“根据定义，胚胎是自我驱动的;我们不需要告诉它做什么——我们只需释放它内部编码的潜力，”汉纳说。“一开始就混合正确类型的细胞至关重要，这些细胞只能来自没有发育限制的幼稚干细胞。一旦你这样做了，类胚胎模型本身就会说，‘开始!’”

基于干细胞的胚胎样结构(称为SEM)在子宫外正常发育8天，达到相当于人类胚胎发育第14天的发育阶段。这是自然胚胎获得内部结构的时刻，使它们能够进入下一阶段：发育身体器官的祖细胞。

完整的人类胚胎模型在结构和细胞特性方面与经典图相匹配

当研究人员将干细胞衍生胚胎模型的内部组织与20世纪60年代经典胚胎学图集中的插图和显微解剖切片进行比较时，他们发现模型与相应阶段的自然人类胚胎之间存在惊人的结构相似性。每个隔间和支撑结构不仅在那里，而且位于正确的位置、尺寸和形状。甚至连制造妊娠测试中使用的激素的细胞也在那里并且活跃：当科学家将这些细胞的分泌物应用于商业妊娠测试时，结果呈阳性。

这意味着他们的模型忠实地模拟了早期胚胎获得开始转变为胎儿所需的所有结构的过程。“许多怀孕失败都发生在最初几周，通常在女性知道自己怀孕之前，”汉纳说。“这也是许多出生缺陷产生的时间，尽管它们往往要晚得多才被发现。我们的模型可以用来揭示确保早期阶段正常发育的生化和机械信号，以及发育可能出错的方式”。

事实上，这项研究已经得出了一项可能为早期妊娠失败研究开辟新方向的发现。研究人员发现，如果在方案的第3天(相当于自然胚胎发育的第10天)胚胎没有被胎盘形成细胞以正确的方式包裹，则其内部结构(例如卵黄囊)将无法正常发育。

“胚胎不是静态的。它必须在正确的组织中拥有正确的细胞，并且它必须能够进步——这关乎存在和变化，”汉纳说。“我们完整的胚胎模型将帮助研究人员解决最基本的问题，即决定其正常生长的因素。”

这种解开胚胎发育第一阶段之谜的伦理方法可以开辟许多研究道路。它可能有助于揭示许多出生缺陷和不孕类型的原因。它还可能带来用于种植移植组织和器官的新技术。它可以提供一种绕过无法在活胚胎上进行的实验的方法，例如确定接触药物或其他物质对胎儿发育的影响。

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