精子遇到卵子后的前几周仍然存在许多谜团。其中：导致过程失败的原因，导致许多不孕症。尽管这个关键阶段非常重要，但科学家们还没有很好的方法来探索新形成的细胞球植入人体子宫壁后可能出现的问题，甚至是什么必须正确的问题。

但使用人类干细胞的新成就可能有助于改变这一点。微小的实验室培养结构可以让研究人员有机会看到他们以前无法做到的事情，同时避免与研究实际胚胎相关的伦理问题。

密歇根大学的一个研究小组在Nature Communications报道，他们哄骗多能人类干细胞在特殊设计的表面上生长成类似于人类发育早期方面的结构，称为羊膜囊。

这些细胞在天然羊膜囊中自发地形成了一些相同的结构和分子特征，天然羊膜囊是一种不对称的空心球状结构，含有细胞，可以产生胎盘的一部分以及胚胎本身。但是在UM生长的结构缺乏早期胚胎的其他关键组成部分，因此它们不能发育成胎儿。

这是团队第一次从干细胞开始建立这样一个结构，而不是像其他一些团队那样哄骗捐赠的胚胎来发展。

“多达一半的怀孕在受精后的前两周内结束，通常在女性意识到自己怀孕之前就已经结束。对于一些夫妇来说，长期无法通过这些关键的早期发育步骤，但我们没有以前有一个模型可以让我们探索原因，“联合资深作家Deborah Gumucio博士说。“我们希望这项工作能让许多科学家更深入地了解正常和异常发育所涉及的途径，这样我们才能理解地球上最迷人的生物学。”Gumucio是密歇根医学院恩格尔医学中心的恩格尔大学细胞与发育生物学教授。

稳定的PASE

研究人员将新结构称为植入后羊膜囊胚胎或PASE。他们描述了PASE是如何形成一个空心球形结构，具有两个不同的半部分，即使细胞分裂也能保持稳定。

一半由细胞构成，将成为羊膜外胚层，另一半由多能外胚层细胞组成，其在自然界中构成胚盘。中空中心类似于羊膜腔 - 在正常发育过程中最终产生充满液体的囊，其在发育期间保护和缓冲胎儿。

Gumucio将一个PASE比作一个不匹配的塑料复活节彩蛋或一个蓝色和红色的神奇宝贝球 - 两个明显分成两半的细胞，在一个空心中心周围保持稳定的形状。

该团队还报告了在PASE发展过程中被激活的基因的详细信息，以及PASE中的细胞相互发送并传递给邻近组织的信号。他们表明稳定的两分之一的PASE结构依赖于一种称为BMP-SMAD的信号通路，这种通路已知对胚胎发育至关重要。

Gumucio指出，PASE结构甚至表现出引发“原始条纹”的最早迹象，尽管它没有完全发展。在人类胚胎中，条纹将开始称为原肠胚形成的过程。这就是将新细胞分为三个细胞层 - 内胚层，中胚层和外胚层 - 这对于产生体内所有器官和组织至关重要。

协作提供了火花

这项新研究直接来自Gumucio实验室与其他资深作者UM机械工程副教授Jianping Fu博士之前的合作。

在之前的工作中，自然材料公司报道，该团队成功地将干细胞球植入Fu的实验室设计的特殊表面，类似于简化的子宫壁。他们发现，一旦细胞附着在这个基质上，它们就会开始分化成完全由羊膜组成的中空囊肿 - 羊膜是一种坚韧的胚外组织，可以容纳羊水。

但是，Fu's实验室研究生Yu Shao博士的共同作者和Gumucio实验室博士后研究员Ken Taniguchi对这些囊肿的进一步分析显示，这些囊肿的一小部分是稳定不对称，看起来像早期的人类或猴子羊膜囊。

研究小组发现，这种结构也可以从诱导多能干细胞(iPSCs) - 来自人类皮肤的细胞生长，并在实验室中生长，条件使它们能够成为任何类型的细胞，类似于胚胎干细胞的行为。这为使用由经历慢性不育的夫妇捐赠的皮肤细胞的未来工作打开了大门，这些夫妇可以生长成iPSC并使用该团队设计的方法测试其形成适当的羊膜囊的能力。

重要说明和后续步骤

除了与遗传和不孕症专家合作深入研究与人类不孕症有关的PASE生物学外，该团队还希望探索羊膜组织的其他特征。

例如，羊膜组织的早期破裂可能危及胎儿或导致流产。该团队还打算研究人羊膜形成的哪些方面也发生在小鼠羊膜的发育中。小鼠胚胎模型作为用于研究人类遗传疾病的体内模型非常有吸引力。

该小组的工作由一个小组监督，该小组负责监测UM在多能干细胞方面所做的所有工作，并根据有关人类干细胞研究的法律进行研究。在细胞球有效达到14个发育日之前，该团队结束了实验，截止日期被用作胚胎研究的国际限制 - 尽管这项工作涉及不能形成胚胎的组织。一些干细胞系来源于UM私人资助的人胚胎干细胞MStem细胞实验室和UM多能干细胞核心。