科研人員成功體外模擬靈長類晚期原腸胚發育過程 | 科技前線

近日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心等首次利用干細胞胚胎模型，實現了靈長類晚期原腸胚發育過程的體外完整模擬，為剖析靈長類早期胚胎發育機制，以及發育異常引起的早發流產和出生缺陷提供了新研究范式。

▲利用干細胞類胚胎實現靈長類原腸運動的全過程體外模擬

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構建研究新路徑

類胚胎模型通過多能干細胞體外誘導模擬胚胎發育的結構，為原腸運動研究提供新路徑。

此前，研究團隊利用猴胚胎干細胞誘導獲得猴類囊胚結構并證明該類囊胚具有體外發育至早期原腸胚階段的發育潛能，但類囊胚體外培養發育效率仍需提升。

團隊通過建立3D懸浮培養系統，實現了干細胞來源的猴類囊胚高效穩健發育至第17天的早期原腸期階段。該體系能夠連續模擬靈長類囊胚早期著床后到早期原腸胚階段的胚胎動態發育過程，形成由上胚層、羊膜腔和卵黃囊腔構成的靈長類早期原腸胚階段典型雙層胚盤樣結構。

團隊進一步發現，在特定時間加入梯度濃度胎牛血清可促進第17天的猴干細胞類胚胎發育至第25天，并保持胚盤結構清晰性和發育持續性，包括第20天的胚盤拉長和第23天的胚盤彎曲等形態變化，與靈長類體內原腸運動的晚期及早期器官發生起點的特征吻合。

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鑒定模型可靠性

組織形態學和單細胞轉錄組特征鑒定，體外培養的“猴類胚胎”在形態和細胞組成上，與相應發育階段的天然猴胚胎高度相似，能夠模擬靈長類早期原腸胚期間前后軸、原條、羊膜腔和卵黃囊腔等結構的形態發生，更重現了原腸運動后期的多個關鍵發育事件，如神經板和神經溝的形成，揭示了靈長類大腦和神經系統發育的最初“藍圖”。

同時，側板中胚層和心臟中胚層等高級中胚層譜系分化，并啟動卵黃囊原始造血，產生多種血液細胞；定型內胚層的分化，形成了前腸和后腸的原始結構，為消化、呼吸等多種器官的發育奠定了基礎；通過特化原始生殖樣細胞，高度模擬靈長類PGC細胞體內動態發育過程。

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提供基因功能研究平臺

為進一步驗證該模型的實用性和可靠性，團隊利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，構建出TBXT和EOMES基因敲除的猴類胚胎模型。這兩個基因是啟動原腸運動的關鍵調控因子。

團隊發現，TBXT敲除導致類胚胎的胚盤縮短、體軸發育紊亂，中胚層和內胚層分化嚴重受損，這與其在小鼠中的功能保守性一致，并首次在靈長類模型中揭示了其作用機制。EOMES敲除影響類囊胚形成，說明其在靈長類滋養層發育中的發揮關鍵作用。

這一工作創建了首個在體外完整模擬靈長類原腸運動至早期器官發生的干細胞類胚胎模型，涵蓋從囊胚到原腸運動完成中的多個重要事件。

該模型可以幫助我們直觀“看到”靈長類生命早期構建的過程，未來可用于解析靈長類胚胎發育尤其是原腸運動的關鍵調控基因和譜系分化規律，并為發育疾病研究和藥物安全性測試提供研究平臺。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09831-0

來源：中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心

責任編輯：侯茜