为了更好地了解人类生长的最初阶段，研究人员可以检查捐赠的胚胎或人类胚胎干细胞，这两种细胞的供应都是有限的，或者用动物模型来解决他们的问题。在今天(3月17日)发表在《自然》杂志上的两项研究中，作者介绍了一种补充选择:人类囊胚，一种类似囊胚的三维模型系统，它概括了人类发育最初10天的许多事件，并且不需要任何来自人类胚胎的初始材料。

　　英国医学研究委员会分子生物学实验室的发育生物学家Marta Shahbazi说，这些论文“是个好消息”，她没有参与这项工作。“研究人类发展相当具有挑战性，因为……获取人类胚胎非常困难，因此开发干细胞模型是帮助该领域取得进展的好方法。”

　　囊胚是受精后5 - 6天左右生长并准备植入子宫壁的人类胚胎。它是由一个叫做滋养外胚层的外层球形层组成的，它由滋养细胞组成，滋养细胞是胎盘的前体，在球体内部是一个典型的腔，里面包含了所谓的内细胞群。这组细胞包含三种胚胎细胞类型——外胚层、中胚层和内胚层，它们最终会分裂并填充腔体。这些组织具有产生体内所有细胞的潜力，并且是研究人员用来获得人类胚胎干细胞的细胞。

　　德克萨斯大学西南医学中心的吴军说:“胚胎植入前的早期人类发育阶段是理解发育缺陷和妊娠丢失的关键，但特别是在这个阶段……它本质上是一个黑匣子。”

　　为了制造出人类胚胎的替代品来进行研究并打开这个黑盒子，Wu和他的同事们之前从老鼠干细胞中制造出了囊胚，并表明当植入代孕雌性体内时，它们可以形成一些(但不是全部)胚胎结构。为了制造人类囊胚，他们将在美国国立卫生研究院注册的人类胚胎干细胞系和诱导多能干细胞系置于培养条件下，旨在推动细胞形成囊胚样结构。大约10 - 20%的情况下，他们的策略产生了囊胚，他们发现这些囊胚具有与囊胚相似的基因表达模式，能够从内部细胞团状细胞中产生干细胞，并且通过额外的培养，可以形成植入期胚胎样结构并附着在塑料盘子上。

　　正如他们在研究中所描述的那样，研究人员还用四种不同的抑制剂处理了人类囊胚特异性的酶蛋白激酶c的同种异构体。研究小组确定，这些同种异构体中的一些对囊胚中产生空腔很重要，这表明这种酶可能在人类囊胚的空腔形成中起着特殊的作用。

　　在另一项研究中，由澳大利亚莫纳什大学(Monash University)发育生物学家何塞·波罗(Jose Polo)领导的一个研究小组，从先前发表的一项协议开始，将人类成纤维细胞重新编程为滋养细胞干细胞。他们注意到，大约三周后，这些细胞在培养中分化成类似于早期人类胚胎中发现的所有三种细胞类型的细胞。当他们将这些细胞群从平面培养皿转移到三维培养系统中时，形成了各种类型的结构。大约6%到18%的3-D单元具有内腔，内腔与相邻的细胞团产生几种多能性标记，就像囊胚中的内细胞团一样。相反，腔周围的外层细胞看起来更像滋养层细胞。

　　“完全令人惊讶的是，当你把它们放在一起时，它们会自我组织，”波罗说。“它们似乎以某种我们需要调查的方式相互交谈。”

　　多伦多大学和病童医院的干细胞生物学家珍妮特·罗森特(Janet Rossant)没有参与这项研究，她说:“囊胚的形态和基因表达模式显然与囊胚的某些方面相似。”她补充说，胚状体策略有一些局限性:原始的内胚层似乎形成得不太好，混合物中还有其他类型的细胞没有很好地定义，而且制造胚状体的效率相当低。

　　“这两篇论文都没有宣称它们是完美的，”Rossant说，“然而，我们有潜力去研究滋养外胚层如何在胚胎进一步发育的过程中，向内部细胞群发出信号，从而真正促进其余部分的发育。”你可以了解囊胚的发育，植入的第一阶段，滋养细胞是如何工作的，也许还可以了解胚胎和额外的胚胎谱系是如何相互交流以实现正常发育的。”根据Rossant的说法，接下来的一些步骤是通过使其更加稳健、高效和可复制来改进该策略。

　　波罗说，在未来，可以在不使用实际的人类胚胎的情况下，大量产生胚泡，以探索不孕不育、植入以及化学物质或病原体对早期发育的影响等问题，因为你可以从成年成纤维细胞开始。

　　所有的专家都同意，随着该策略的光明前景，考虑到产生类似于非常早期胚胎的细胞群的伦理影响的重要性。“这些囊胚模型是这个新兴领域的一个令人兴奋的里程碑，”索菲·彼得罗普洛斯告诉《科学家》杂志，她是蒙特雷姆塔尔大学的发育生物学家，没有参与这两项研究。“与3d胚胎模型有关的道德行为的政策问题和指导方针目前还没有很好的定义，”她补充说。“这种模式引发了担忧，需要更长的对话。”

　　刘欣等，“通过将成纤维细胞重编程为iBlastoids来模拟人类囊胚”，Nature, doi:10.1038/s41586-021-03372-y, 2021。

　　L. Yu等，“人类多能干细胞生成的囊胚样结构”，《自然》，doi:10.1038/s41586-021-03356-y, 2021。