Cell：弗朗西斯-克里克研究所成功构建了第一个成熟人类羊膜囊的三维模型！

在一项具有开创性的研究中，来自英国弗朗西斯-克里克研究所（Francis Crick Institute）的研究人员成功构建了第一个成熟人类羊膜囊的三维模型。这种称为“原肠胚形成后类羊膜”（post-gastrulation amnioid, PGA）的新型干细胞模型，能够精确重现受精后两周至四周内的关键发育阶段，为理解人类早期发育提供了全新的视角，并为医学领域带来了新的希望。

羊膜是哺乳动物胚胎中的一种重要组织，它形成一个充满羊水的囊，为胚胎提供保护和营养支持。然而，由于技术限制和伦理问题，科学家们一直难以深入研究羊膜的形成和功能。传统干细胞模型无法捕捉人类发育的后期阶段，而人类胚胎研究又受限于14天的研究期限。这使得羊膜的详细研究成为科学界的难题。

在这项研究中，研究人员通过一系列创新步骤，利用两种化学信号在48小时内诱导人类胚胎干细胞（hESCs）进行自我组装，成功构建了PGA模型。这些模型不仅在结构上与人类羊膜囊极为相似，还模拟了羊水的成分。研究显示，超过90%的PGA在第10天形成了囊状结构，并且能够在90天内持续扩大，无需额外信号输入。

GATA3：羊膜形成的“幕后推手”

研究人员发现，一种名为GATA3的转录因子在羊膜形成中起着至关重要的作用。通过基因操作技术，他们发现，如果在PGA中抑制GATA3的活性，羊膜组织的生长将受到严重影响。相反，当GATA3被增强时，胚胎干细胞能够在没有任何其他信号的情况下自发形成类似羊膜囊的结构。这些实验表明，GATA3不仅是启动羊膜发育的关键因素，还具有驱动其形成的作用。

羊膜与胚胎的对话

研究人员进一步探索了羊膜组织与胚胎干细胞之间的相互作用。他们将PGA细胞与未经处理的胚胎干细胞混合培养，发现这些未经处理的胚胎干细胞能够发育出类似羊膜囊的结构。这表明羊膜组织不仅是一种保护性结构，还可能通过信号传递与胚胎细胞进行沟通，促进其发育和特化。

开发医疗方案的新方法

PGA模型的成功构建为医学研究和应用带来了新的可能性。羊膜囊膜因其再生、消炎和抗菌特性，已被用于多种医疗方案，如重建眼角膜、修复子宫内膜以及治疗烧伤和溃疡等。目前，这些移植组织依赖于选择性剖腹产患者的捐赠。而PGA模型为提供另一种羊膜来源提供了可能，甚至可以通过患者自身的细胞培养羊膜，从而减少对捐赠的依赖。

论文通讯作者Silvia Santos表示：“人类早期发育一直是科学研究的‘黑箱’，受到伦理和技术的双重限制。我们的新模型为研究这一关键时期提供了‘可视性’，而无需依赖人类胚胎。这项研究表明，羊膜不仅仅是胚胎的保护层，它在胚胎发育过程中发挥着积极的信号传递作用，促进胚胎的生长。我们对PGA作为医用羊膜的潜力感到兴奋，它可能成为一种快速、廉价且可扩展的羊膜来源。”

这项研究不仅为理解人类早期发育提供了新的工具，还为再生医学和细胞疗法开辟了新的途径。未来，随着PGA模型的进一步研究和优化，我们有望看到更多关于羊膜与胚胎相互作用的奥秘被揭示，同时也期待这些发现能够转化为实际的临床应用，造福患者。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Borzo Gharibi et al, Post-gastrulation amnioids as a stem cell-derived model of human extra-embryonic development, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.025.