發表於最新《自然·細胞生物學》雜誌的一項研究稱，美國密歇根大學研究團隊利用人類多能幹細胞，構建出一種新型人類胚胎模型。該模型首次在沒有使用下胚層細胞和任何直接基因操作的情況下，自發形成了具有卵黃囊樣結構的複雜體系，揭示了人類多能幹細胞此前未知的發育潛力。

這項研究旨在通過幹細胞模型深入探究人類胚胎早期發育的奧秘。此前，科學家雖已能拍攝人類胚胎發育的靜態圖像，但許多關於細胞分化、組織形成及基因調控的動態過程仍屬未知。尤其卵黃囊——為早期胚胎提供營養、並形成首個血液循環系統的臨時器官，在幹細胞模型中一直難以模擬，通常需要藉助基因編輯手段迫使細胞定向分化。

團隊專注於利用物理機械信號來引導幹細胞發育。他們將人類多能幹細胞（其特性類似胚胎中的上胚層細胞）限制在直徑約0.8毫米的圓形圖案內，這一約束模擬了人類胚胎在原腸運動起始階段的大小和形態。隨後，通過添加一種關鍵信號分子BMP-4，啟動了類似原腸運動的過程，即細胞開始分化和組織，形成身體的基本藍圖。

實驗取得了出乎意料的結果。在培養過程中，細胞不僅如預期般開始分化，更自發地組織成了一個三層盤狀結構。尤為引人注目的是，在該結構的上方（對應未來體表與神經系統）出現了一個由羊膜細胞襯裏的腔體，即羊膜囊雛形；而在其下方（對應未來腸道區域），則清晰地形成了一個卵黃囊樣結構。研究團隊成員表示，這一發現起初令人驚訝，因為根據經典發育生物學知識，卵黃囊應源自下胚層細胞，而該模型初始並不具備這類細胞。

為確認這一結構確實是卵黃囊，團隊與中國科學院的同行合作，比對了着牀後猴胚胎的數據。他們發現，模型中的卵黃囊樣結構激活了關鍵基因HNF4A，這是體內卵黃囊發育的明確標誌。進一步的譜系追蹤實驗證實，這些卵黃囊細胞來源於上胚層細胞經由原腸運動過程的轉化，這顛覆了傳統認知，表明上胚層細胞具備產生胚胎外組織的額外潛能。

該模型在培養約第8天時，與人類胚胎發育第16—21天的階段最為相似。不過，模型也存在侷限性：其結構層厚於正常胚胎，且因缺乏形成胎盤的滋養層細胞而無法繼續發育。儘管如此，該工作為在倫理規範內（模型非真實胚胎，且發育未超過14天界限）研究人類早期發育的關鍵事件提供了強大工具。

新型胚胎模型的獨特之處在於，它沒有藉助下胚層細胞和“基因剪刀”編輯，就能自發形成複雜結構。簡單來說，這個模型就像在實驗室裏“復刻”了一個極早期的胚胎雛形。過去通常需要外部干預才能走到這一步，但這次它自己就完成了複雜的自組織過程。這意味着，人類多能幹細胞擁有之前未被發現的發育潛力。這項成果為理解人類早期發育、探索出生缺陷等重要醫學問題，提供了重要的觀察和研究窗口。