世界首个人类胚盘样原肠模型构建成功

人类早期胚胎发育与器官诞生的神秘“黑箱”，被我国科学家成功解锁!近日，中国科学院动物研究所于乐谦团队与合作者成功构建出世界首个人类胚盘样原肠模型，在体外精准重现了胚胎发育中最为关键的原肠运动，并观察到神经管、原始心腔等多种器官前体细胞的自发形成，为解开人类生命初期谜题、打开器官再生的大门提供了全新平台。相关研究成果24日发表于《细胞》杂志。

人类胚胎要真正长出有头有尾、五脏六腑俱全的身体结构，必须经历一次被称为“战略总部署”的关键阶段——原肠运动。在受精后第14天左右，胚盘尾端会出现一条名叫“原条”的狭缝。上胚层细胞从这里开始大规模“集体搬家”，有条不紊地分化成内、中、外3个胚层，日后所有器官和组织都由此衍生而来。然而，原肠运动究竟如何启动、如何精准调控，一直是发育生物学中最古老的谜题之一，也被视为人类胚胎发育的“黑箱”。

此次，于乐谦团队在前期3D人类数字胚胎等研究基础上，运用胚胎工程学策略，成功模拟出人类早期胚盘的物理和生化状态。他们培养出的胚盘样原肠模型是一个扁平的圆盘状结构，而后中央逐渐凹陷，形成类似天然原条的沟槽。显微镜下，该区域的细胞连接变弱，开始有序迁移，并准确表达了人类原肠运动的特征性标志物，清晰复刻了细胞命运大转变的关键瞬间。

更令人振奋的是，研究人员将这些类胚盘结构进一步悬浮培养时，超过80%能够继续发育，自发伸长、变厚，形成更立体的胚胎样结构。单细胞转录组分析显示，这些结构内的主要细胞类型，与受精后约21天的人类真实胚胎高度相似。它们内部出现了神经管，这是脑和脊髓的最早期雏形;形成了原始肠管，从中可以找到未来肺、肝、胰等器官的前体细胞。不仅如此，原始心腔区域还表现出自主、有规律的节律性搏动，这正是生命最早期的心跳。

据悉，研究人员未来将动态追踪器官发生全程，从而实现人类功能器官种子细胞的大规模与模块化体外制备，进而推动人类器官制造与再生医学发展。