Nature：研究人类发育早期阶段的重要体外模型

　　该团队认为，这些模型将改变科学家对人类发育生物学的认识。在他们最新发表的文章中，研究小组探索了人类原肠胚形成的一些分子途径。在未来的研究中，他们希望更深入地研究发育途径，包括妊娠丢失和先天性疾病是否可能源于原肠胚期的失败。Sozen认为，她的模型可以用来研究这些疾病，并了解更多的问题所在。她说:“以前的模型系统已经能够看到这一点，但我们的模型是独一无二的，因为它有这个额外的组织，使我们能够更深入地分析。”

　　

受孕后的两到三周，胚胎面临着发育的关键时刻。在称为原肠胚形成的阶段，胚胎细胞开始向特化细胞转化。这引发了细胞多样性的爆发，胚胎细胞后来成为未来血液、组织、肌肉和更多类型细胞的前体，原始身体轴开始形成。在人类特有的背景下研究这一过程给生物学家带来了重大挑战，但新的研究为人类发展的这一时期提供了前所未有的窗口。

应对这些挑战的最新策略是利用干细胞技术模拟胚胎发育，全球各地的研究小组提出了许多有价值的方法。但是胚胎并不是孤立生长的，而且大多数以前的发育模型都缺乏胚胎生长的关键支持组织。一个包括胚胎和胚胎外成分的开创性模型将使研究人员能够研究这两个部分在原肠胚形成阶段是如何相互作用的，这为发生的分子和细胞过程提供了独特的视角，并为怀孕失败的原因以及先天性疾病的起源提供了潜在的新见解。包括耶鲁大学医学院(YSM)遗传学助理教授Berna Sozen博士和Zachary Smith博士在内的研究小组发表了他们的研究结果。

“这项工作非常重要，因为它提供了一种理解人类生长最早阶段的伦理方法，这个干细胞模型提供了一个很好的选择，可以开始了解我们自己的早期发育方面，这些方面通常隐藏在母亲的身体里。”

“Sozen和Smith团队在开发体外模型来研究人类发育的早期阶段方面取得了里程碑式的成就，这些模型是不可实现的，但对理解健康和疾病是如此重要，我赞扬他们的卓越成就，以及他们通过限制该模型进一步发展的能力，对道德问题的敏感性。”

伦理问题是深刻的，包括这些模型是否有潜力发展成人类。该研究的首席研究员Sozen强调，他们没有。发表的论文表明，该模型缺乏滋养外胚层细胞，而滋养外胚层细胞是胚胎植入子宫所必需的。Sozen说，这个模型也代表了胚胎可以植入的时间框架之外的一个发育阶段。“我们的模型不能进一步生长或植入，因此不能被认为是人类胚胎，这一点非常重要，”她说。但作为一种模拟和研究自然发育方面的还原主义策略，它的潜力是巨大的，尤其是在普遍的指导方针严重限制科学家研究实际胚胎的能力的情况下。

新模型包含胚胎和胚胎外组织

所有胚胎都有两个组成部分——胚胎和胚胎外。现在我们成人体内的组织都是从胚胎发育而来的。胚胎外成分包括提供营养和其他支持的组织，如胎盘和卵黄囊。以前的胚胎模型大多是围绕原肠形成发育阶段的单组织模型，只包含胚胎成分。

在这项新研究中，耶鲁大学领导的研究小组在实验室体外培养胚胎干细胞，以产生他们的新模型。他们将这些细胞转移到3D培养系统中，并将其暴露在刺激细胞自发自我组织和分化的条件下。细胞分化为两个谱系——胚胎和胚胎外前体。胚胎外细胞是卵黄囊的前体细胞。研究人员将这些细胞系在培养皿中培养了大约一周，并分析了它们在发育过程中如何相互引导。“我们开始研究非常机械的细节，比如它们相互传递什么信号，以及特定基因如何相互影响，”Sozen说。“这在以前的文献中是有限的。”

对人类发展模型的需求

虽然研究人员已经从其他物种(如老鼠)的胚胎中了解到了很多，但由于缺乏对人类胚胎的可及性，对我们的发育留下了重大的知识空白。“如果你想了解人类的发展，你需要关注人类系统，”Sozen说。“这项工作非常重要，因为它为我们提供了关于我们自己物种的直接信息。”这个模型不仅提供了进入人类原肠胚形成窗口的途径，而且还将允许进行更多的研究。产生多达数千个这样的模型的能力将允许进行大规模分析，这在人类胚胎中是不可能的。“我是一个科学家，有一个愿景，”Sozen说。“但想想其他科学家在全球范围内的设想，以及我们都能取得的成就，我真的非常非常兴奋。”

新模型的效率超过70%，换句话说，干细胞在大约70%的时间内正确聚集。正如作者所指出的，该策略有一些局限性，并且将一些发现与自然胚胎本身进行比较是具有挑战性的。Sozen希望继续研究这些模型，以便它们在未来变得更加标准化。

该团队认为，这些模型将改变科学家对人类发育生物学的认识。在他们最新发表的文章中，研究小组探索了人类原肠胚形成的一些分子途径。在未来的研究中，他们希望更深入地研究发育途径，包括妊娠丢失和先天性疾病是否可能源于原肠胚期的失败。Sozen认为，她的模型可以用来研究这些疾病，并了解更多的问题所在。她说:“以前的模型系统已经能够看到这一点，但我们的模型是独一无二的，因为它有这个额外的组织，使我们能够更深入地分析。”

文章标题

Self-patterning of human stem cells into post-implantation lineages