在一項具有開創性的研究中，來自英國弗朗西斯-克里克研究所（Francis Crick Institute）的研究人員成功構建了第一個成熟人類羊膜囊的三維模型。這種稱為“原腸胚形成後類羊膜”（post-gastrulation amnioid, PGA）的新型幹細胞模型，能夠精確重現受精後兩週至四周內的關鍵發育階段，為理解人類早期發育提供了全新的視角，併為醫學領域帶來了新的希望。
羊膜是哺乳動物胚胎中的一種重要組織，它形成一個充滿羊水的囊，為胚胎提供保護和營養支援。然而，由於技術限制和倫理問題，科學家們一直難以深入研究羊膜的形成和功能。傳統幹細胞模型無法捕捉人類發育的後期階段，而人類胚胎研究又受限於14天的研究期限。這使得羊膜的詳細研究成為科學界的難題。
在這項研究中，研究人員透過一系列創新步驟，利用兩種化學訊號在48小時內誘導人類胚胎幹細胞（hESCs）進行自我組裝，成功構建了PGA模型。這些模型不僅在結構上與人類羊膜囊極為相似，還模擬了羊水的成分。研究顯示，超過90%的PGA在第10天形成了囊狀結構，並且能夠在90天內持續擴大，無需額外訊號輸入。
GATA3：羊膜形成的“幕後推手”
研究人員發現，一種名為GATA3的轉錄因子在羊膜形成中起著至關重要的作用。透過基因操作技術，他們發現，如果在PGA中抑制GATA3的活性，羊膜組織的生長將受到嚴重影響。相反，當GATA3被增強時，胚胎幹細胞能夠在沒有任何其他訊號的情況下自發形成類似羊膜囊的結構。這些實驗表明，GATA3不僅是啟動羊膜發育的關鍵因素，還具有驅動其形成的作用。
羊膜與胚胎的對話
研究人員進一步探索了羊膜組織與胚胎幹細胞之間的相互作用。他們將PGA細胞與未經處理的胚胎幹細胞混合培養，發現這些未經處理的胚胎幹細胞能夠發育出類似羊膜囊的結構。這表明羊膜組織不僅是一種保護性結構，還可能透過訊號傳遞與胚胎細胞進行溝通，促進其發育和特化。
開發醫療方案的新方法
PGA模型的成功構建為醫學研究和應用帶來了新的可能性。羊膜囊膜因其再生、消炎和抗菌特性，已被用於多種醫療方案，如重建眼角膜、修復子宮內膜以及治療燒傷和潰瘍等。目前，這些移植組織依賴於選擇性剖腹產患者的捐贈。而PGA模型為提供另一種羊膜來源提供了可能，甚至可以透過患者自身的細胞培養羊膜，從而減少對捐贈的依賴。
論文通訊作者Silvia Santos表示：“人類早期發育一直是科學研究的‘黑箱’，受到倫理和技術的雙重限制。我們的新模型為研究這一關鍵時期提供了‘可視性’，而無需依賴人類胚胎。這項研究表明，羊膜不僅僅是胚胎的保護層，它在胚胎髮育過程中發揮著積極的訊號傳遞作用，促進胚胎的生長。我們對PGA作為醫用羊膜的潛力感到興奮，它可能成為一種快速、廉價且可擴充套件的羊膜來源。”
這項研究不僅為理解人類早期發育提供了新的工具，還為再生醫學和細胞療法開闢了新的途徑。未來，隨著PGA模型的進一步研究和最佳化，我們有望看到更多關於羊膜與胚胎相互作用的奧秘被揭示，同時也期待這些發現能夠轉化為實際的臨床應用，造福患者。
參考資料：
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.
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