多细胞生物的成长发育是自然界最伟大的壮举之一。生物的发育是一个精细的紧密协作的过程，遵循严格一致的细胞谱系多样性规律，并且其中组织形态变化有着精确的时空顺序。科研工作者通常使用动物模型来研究发育模式的形成，形态的发展，细胞的分化以及组织生长的关键转录和信号活动。然而，人类和常用动物模型之间有着显著的跨物种遗传和形态差异。为了解决这一问题，目前学术界对于改进人类和非人类灵长动物的体外培养方案很感兴趣，并且完成了一些重要的实验观察和机理研究。即便如此，由于获得这些胚胎的机会有限和生物伦理方面的制约，基于自然胚胎的实验方案依然十分具有挑战性。由于这些因素，时至今日，我们关于人类发育的认识仍然十分有限，尤其对于着床后（post-implantation）早期的人类胚胎发育。这是非常重要的人体基本结构形成的阶段，同时也是人类胚胎发育过程中最难以进行实验的阶段。

最近，基于人类多功能干细胞（human pluripotent stem cells）的类胚胎结构（embryoids）正在逐渐成为一种相对于自然胚胎更理想的实验系统，用于人类早期发育的研究。特别是傅剑平教授团队开发了一种可以模拟着床后早期人类胚胎发育的羊膜囊胚状体 （post-implantation amniotic sac embryoid, PASE）。该模型可以模拟上胚层（epiblast）和羊膜细胞（amniotic ectoderm）的重要发育阶段，包括羊膜腔的非对称发育，以及羊膜细胞 ，原始生殖细胞 （primordial germ cells） 和 原条细胞 （primitive streak cells） 的分化。在此基础上，通过结合使用可控微流体系统，傅剑平教授团队进一步成功开发了微流体羊膜囊胚状体  (Microfluidic post-implantation amniotic sac embryoid, μPASE），实现了模型的高可控性、高可重复性和可扩展性。

近年来，基于人类多功能干细胞的类胚胎结构的研究发展迅速， 特别是类囊胚 （blastocyst）结构模型。然而，目前领域内对于如何准确区分滋养层细胞（ trophoblast ）和羊膜细胞（amniotic ectoderm ）依旧存在巨大争议。针对这一问题，作者通过比较和归纳有限的自然人类胚胎转录组书数据，对于这两种相近细胞的识别提出了更严格的标准；并在此基础上总结出来一系列可用于确切区分滋养层 细胞羊膜细胞的生物学标记。

图：微流体着床后羊膜囊胚状体 （Microfluidic post-implantation amniotic sac embryoid）

文中包含非常有价值的单细胞 RNA 测序数据和相关数据分析，以及体外和体内模型的实验结；并且提供了关于人类早期胚胎发育过程中细胞谱系多样性发展路径的深刻见解，为未来人类胚胎发育研究提供了非常有价值的参考资料。

郑毅教授认为：“基于人类多功能干细胞的类胚胎结构有希望成为一种实用且有效的新型实验手段，有助于我们更好的理解人类发育的基础机制。这种新型实验手段为未来致病机制的基因功能性研究 ，治疗靶点的确定，和精准医学的临床前建模带来了重要机遇。”

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2022.08.009