人类生命的绽放始于受精卵发育，在受精卵的发育过程中，囊胚（blastocyst）期是胚胎着床前的最后一个时期，此后胚胎将附着于母体子宫壁上进行后续的发育。
囊胚期也是胚胎发育过程中的一个关键时期，此时的胚胎会形成中空的球状胚，其内壁有一团细胞最终发育成为胎儿的各个器官，这团细胞称为内细胞团（inner cell mass）（图 1）。
考虑到内细胞团的全能型，从组织器官培养的角度来看，囊胚简直是构建类器官、组织的“百宝箱”。如何在不违背伦理的前提下，培养获得人类囊胚模型是干细胞研究领域科学家孜孜以求的目标。
图 1. 囊胚期的人类胚胎
此外，为改进辅助生殖技术，防止妊娠丢失和出生缺陷，学术界需要正确理解人类胚胎早期尤其是囊胚期发育过程。然而囿于伦理和技术上的因素，学术界获得囊胚的机会有限。
这个困境在最近出现了转机：
据Nature报道，目前有两个团队已经在该领域取得了重大进展，分别以重编程成纤维细胞和人类多能干细胞（hPSCs）为研究材料，通过体外三维培养方式获得了完整的人类囊胚模型。这两个团队的关键性技术突破在两方面：第一，在人类囊胚中使用代表世系的细胞；第二，优化了培养方案 (图2 )。
https://www.nature.com/articles/d41586-021-00581-3
图 2. 人类blastoids的发生过程
第一个团队是来自澳大利亚莫纳什大学的刘晓东等人。他们从取自成年人皮肤的成纤维细胞出发，通过重编程，得到人类囊胚的体外三维模型，称为iBlastoids。
重编程技术通过有效开启基因组，让重编程因子与调节区域结合，促使染色质重构，最终改变基因表达，让体细胞变成多能干细胞，使其获得多能性，获得分化为生物体各种细胞的潜力。
在整个培养过程中，他们设计了3D细胞培养皿，称之为Aggrewell 培养皿，细胞生长于含特定化学因子的液体生长培养基，其囊胚发育所需的信号活动受到调控 (图3 )。
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03372-y
图 3. 成纤维细胞重编程产生iBlastoids的过程
他们通过研究发现iBlastoids可以产生3种类型的干细胞：原始态多潜能干细胞（naïve bPSCs）、始发态干细胞 (primed bPSCs)和 滋养层干细胞 (bTSCs)（图4）。
为了验证已获得结构的同一性，并评估这些结构在体外是否可以部分重现早期胚胎发育，他们采用了一种已在文献中发表的，用于小鼠模型的体外附着实验。结果显示，在4.5天的后续附着实验中，绝大多数（90%以上）iBlastoids在24小时内附着，体积增大，变平，并逐渐形成一个突起，类似于人类囊胚。
图4. 从iBlastoids分化出的干细胞
第二个团队是来自美国德州西南医学中心的吴军等人，他们同样是利用3D培养系统，将三维结构不同的载体与原始态多潜能干细胞、成人细胞在体外共同培养, 使细胞能够在载体的三维空间结构中迁移、生长, 构成三维的细胞-载体复合物，更好地模拟细胞载体的自然生长环境（图 5）。
为进一步确定，他们采用免疫荧光分析确定人类囊胚的世系组成，发现与植入前后人类胚胎中发现的特征一致，研究团队还通过单细胞RNA测序证明囊胚分化是可重复的，通过体外培养证明人类囊胚可以自组织成含着床期胚胎特征的结构，此外，研究还发现特定PKC同工酶对人类囊胚空腔的形成必不可少。
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03356-y
图 5. 原始态多潜能干细胞产生人类囊胚样结构的过程
类囊胚结构的成功构建，是科学家在不使用精子和卵子的情况下制造出人工生命又迈出了一大步, 这两个研究小组的实验结果还表明，人类blastoids是一种很有希望的胚胎植入前后早期发育体外模型，这样就有可能获得宝贵的类囊胚材料进行药物筛选实验。
胚胎不能在子宫着床是早期妊娠失败的主要原因，但科学家对这一阶段发生的细胞和分子改变还知之甚少。因技术原因，此前人类胚胎在培养皿中的发育一直很难超过7天，人类胚胎必须在受精后第七天植入子宫，只有这样胚胎才能够存活并进一步发育。
而类囊胚的出现让许多科学家为之震撼，将来可以通过在早期人造胚胎中进行实验，不断深入研究胚胎的早期发育过程，理解早期流产、畸形、不孕不育的原因，甚至在孕妇用药上有了进一步发展，作为毒性和病毒易感性筛选的平台，为各期孕妇的安全用药范围提供了更大的空间。
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