新的干细胞模型揭示人类羊膜囊发育的奥秘（New stem cell model sheds light on human amniotic sac development）
研究人员在 Francis Crick Institute 开发了一种新的成熟人类羊膜囊干细胞模型，该模型复制了受精后两到四周内支持胚胎的组织的发育过程。这是首次构建两周后羊膜囊发育的模型。
正如今天发表在 Cell 上的研究中所述，这种新模型可用于研究人类羊膜的起源和功能，并帮助识别以前未知的羊膜囊支持胚胎发育的方式。它还为利用羊膜的医疗程序带来了希望。
羊膜是一种保护性膜，膨胀成一个包含羊水的囊，当母亲在分娩前破水时，羊水会离开身体。直到最近，人们还认为它的主要作用是包围和保护婴儿，缓冲冲击，并在胎盘形成之前让营养物质通过。
研究人员一直无法详细研究羊膜，因为目前的干细胞胚胎模型通常无法捕捉到人类发育的后期阶段，而且出于伦理原因，人类胚胎在 14 天后就无法进行研究。
显示 PGA 是双层膜囊的显微镜图像。内膜代表羊膜内胚层细胞，外膜代表胚胎外中胚层细胞。中间的黑色空间代表 PGA 内的液体。
- Gharibi, B. (2025). Cell.
复制羊膜囊
Crick 的团队创建了一种新的 3D 模型——称为 post-gastrulation amnioid (PGA)——它与原肠胚形成（即胚胎细胞组织成将形成组织和器官的层）后的人类羊膜和其他支持组织非常相似。他们通过在 48 小时内仅用两种化学信号分步培养人类胚胎干细胞来实现这一点，之后细胞将自身组织成羊膜的内外层。
在超过 90% 的 PGA 中，囊状结构在第 10 天形成。这些结构在 90 天内逐渐扩大，而没有被给予任何进一步的信号。模型中的细胞组成显示出与人类羊膜囊的显着相似性，并且 PGA 内的液体模拟了人类羊水的含量。
第 18 天 PGA 的显微镜图像。 PGA 由两种不同的细胞群组成（洋红色，胚胎外中胚层；黄色，羊膜内胚层）。 信用：Gharibi, B. (2025). Cell.
羊膜和胚胎之间的串扰
使用遗传操作技术，研究人员发现，如果关闭 PGA 中的转录因子（一种开启或关闭其他基因的基因）GATA3，会导致羊膜组织生长受损。
相反，当他们提高胚胎干细胞中的 GATA3 时，细胞在没有给出任何其他信号的情况下，形成了类似羊膜囊的结构。这些实验表明，GATA3 对于启动羊膜发育是必需的。
最后，该团队询问羊膜组织是否可以帮助胚胎细胞发育和分化，而不仅仅是保护它们。他们将 PGA 细胞与未经处理的胚胎干细胞混合，发现未经处理的细胞发育出类似羊膜囊的结构，表明来自羊膜的信号确实可以与胚胎细胞进行通信。
第 8 天 PGA 的显微镜图像，显示了支持胚胎的早期组织，包括羊膜囊和卵黄囊样结构，周围环绕着（胚胎外）中胚层组织。
- Gharibi, B. (2025). Cell.
PGA（半透明球体）足够大，可以在烧瓶内看到。
- Gharibi, B. (2025). Cell.
医疗程序的新方法
由于其再生、抗炎和抗菌特性，羊膜囊膜可以由进行选择性剖腹产的人捐赠，用于医疗程序，例如重建眼睛的角膜、修复子宫内膜或治疗烧伤和溃疡。
由于移植组织依赖于捐赠，该团队认为 PGA 可以提供羊膜的替代来源，甚至可以从患者自身的细胞中培养。
研究人员现在正在与 Crick 的 Translation 团队合作，探索在临床中使用 PGA 的潜力，并进一步深入了解羊膜囊和胚胎细胞之间的通信。
转变我们对羊膜的看法
Crick 的 Quantitative Stem Cell Biology Laboratory 的 Group Leader 和资深作者 Silvia Santos 说：“由于伦理和技术限制，早期人类发育仍然是一个黑匣子，但我们的新模型在这一关键时期提供了一些可见性，而无需使用人类胚胎。这项工作改变了我们对羊膜的看法，它不仅仅是一种保护结构：它可能正在主动与胚胎细胞对话并促进其生长。我们对 PGA 作为一种快速、廉价且可扩展的方式为医疗用途提供羊膜的潜力感到兴奋。”
Crick 的 Quantitative Stem Cell Biology Laboratory 的 Principal Laboratory Research Scientist 和第一作者 Borzo Gharibi 说：“我们最初调查的是胚胎细胞如何形成它们的身份，然后我们的研究发生了非常有趣的转变，导致了 PGA 的开发。该模型首次复制了成熟的人类羊膜，以高重现性密切模拟了人类羊膜囊的结构和功能特征。这为研究人员提供了一种工具来研究人类发育的后期阶段以及支持胚胎的组织的功能。”
这个项目是通过与 Crick 的 Genomics、Metabolomics 和 Proteomics 团队的密切合作才得以实现的。