科技日报北京4月27日电 （记者张梦然）发表于最新《自然·细胞生物学》杂志的一项研究称，美国密歇根大学研究团队利用人类多能干细胞，构建出一种新型人类胚胎模型。该模型首次在没有使用下胚层细胞和任何直接基因操作的情况下，自发形成了具有卵黄囊样结构的复杂体系，揭示了人类多能干细胞此前未知的发育潜力。
这项研究旨在通过干细胞模型深入探究人类胚胎早期发育的奥秘。此前，科学家虽已能拍摄人类胚胎发育的静态图像，但许多关于细胞分化、组织形成及基因调控的动态过程仍属未知。尤其卵黄囊——为早期胚胎提供营养、并形成首个血液循环系统的临时器官，在干细胞模型中一直难以模拟，通常需要借助基因编辑手段迫使细胞定向分化。
团队专注于利用物理机械信号来引导干细胞发育。他们将人类多能干细胞（其特性类似胚胎中的上胚层细胞）限制在直径约0.8毫米的圆形图案内，这一约束模拟了人类胚胎在原肠运动起始阶段的大小和形态。随后，通过添加一种关键信号分子BMP-4，启动了类似原肠运动的过程，即细胞开始分化和组织，形成身体的基本蓝图。
实验取得了出乎意料的结果。在培养过程中，细胞不仅如预期般开始分化，更自发地组织成了一个三层盘状结构。尤为引人注目的是，在该结构的上方（对应未来体表与神经系统）出现了一个由羊膜细胞衬里的腔体，即羊膜囊雏形；而在其下方（对应未来肠道区域），则清晰地形成了一个卵黄囊样结构。研究团队成员表示，这一发现起初令人惊讶，因为根据经典发育生物学知识，卵黄囊应源自下胚层细胞，而该模型初始并不具备这类细胞。
为确认这一结构确实是卵黄囊，团队与中国科学院的同行合作，比对了着床后猴胚胎的数据。他们发现，模型中的卵黄囊样结构激活了关键基因HNF4A，这是体内卵黄囊发育的明确标志。进一步的谱系追踪实验证实，这些卵黄囊细胞来源于上胚层细胞经由原肠运动过程的转化，这颠覆了传统认知，表明上胚层细胞具备产生胚胎外组织的额外潜能。
该模型在培养约第8天时，与人类胚胎发育第16—21天的阶段最为相似。不过，模型也存在局限性：其结构层厚于正常胚胎，且因缺乏形成胎盘的滋养层细胞而无法继续发育。尽管如此，该工作为在伦理规范内（模型非真实胚胎，且发育未超过14天界限）研究人类早期发育的关键事件提供了强大工具。