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。
研究论文图示。图片来源：《自然》网站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。
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