从混沌到有序，新模型能体外重现早期胚胎器官形成丨科技前线

近日，中国科学院动物研究所等基于胚内-胚外细胞互作和微工程学培养技术，构建出能够在体外重现人类原条样结构发生过程的胚盘样类原肠模型（disc-Gastruloid）。

▲胚外谱系调控原条样结构发生总览图

生命诞生初期，要经历从一团简单的细胞走向有序形态的转变。受精后约14至15天，胚盘尾侧形成原条，原肠运动就此启动。

原本形态相近的细胞开始重新排列、迁移和分化，并逐渐走向不同的发育路径，最终发育成神经、心脏、胰腺、肾脏等各类组织器官的细胞类型。

原条的出现，是绘制人类“身体蓝图”的第一笔，也是生命早期器官发育中命运分化点。但原条并不只依靠胚内细胞。羊膜、滋养层和胚外中胚层等胚外组织，会通过信号传递和空间组织，影响胚内细胞的命运。

因此，胚外细胞如何调控原条的启动、定位及有序生长，一直是人类早期胚胎发育研究的重点。

科研团队依托人多能干细胞和胚外谱系细胞，结合微图案培养技术，在培养皿中搭建出可精准调控的胚盘样发育环境。

该技术在培养皿底部为细胞搭建了精确的“舞台”，通过限定细胞附着及生长的区域、形状与大小，模拟胚盘中的空间边界，使各类细胞在设定的几何环境中相互作用。

借助这一系统，团队在体外重现人类原条样结构从启动、定位到有序组织的动态发育过程，揭示了胚外细胞在胚胎发育中承担的不同调控功能。

▲disc-Gastruloid实现人类胚胎原条发生体外模拟

研究发现，羊膜样细胞、滋养层干细胞和胚外中胚层干细胞犹如一套分工明确、协同配合的“发育调度系统”。

其中，羊膜样细胞可释放促进原条样命运建立的信号；滋养层干细胞能够约束原条样结构的生长范围，帮助维持胚盘内空间格局有序；胚外中胚层干细胞则更多参与引导原条样细胞迁移，影响其运动方向与空间分布。三类胚外细胞各司其职，共同调控胚内细胞分化时机、迁移路径以及原条样结构的形成位置。

这表明，原条样结构的形成是胚内与胚外细胞协同调控的产物。只要任意一类细胞的信号或空间功能异常，都可能使原条形成的位置、数量或迁移方向出现偏差，并干扰神经、心血管、泌尿、生殖等系统的后续发育，引发胚胎发育连锁缺陷。

该模型成分明确、空间可控、可扩展，为人类胚胎着床后早期发育研究提供新平台，助力揭示部分早期流产、发育异常的成因，为干细胞分化、再生医学、器官修复、疾病模型构建及药物评价提供新方向。