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一直以来，我们对人类生命起源的探索从未停止，但是由于人类胚胎资源的限制，我们对胚胎细胞的增殖分化以及组织器官发育的了解非常局限。
人类早期胚胎主要由上胚层(epiblast,EPI)、原始内胚层(primitiveendoderm,PE)及滋养外胚层(trophectoderm,TE)所组成。人类胚胎的发育（由胚胎多潜能干细胞分化成为成熟体细胞）一直被认为是单向不可逆的过程。然而，山中伸弥和约翰·格登的团队分别通过“体细胞重编程技术（iPSC）”和“体细胞核移植技术(SCNT)”证实终末分化的体细胞也能够转变为多潜能干细胞，从而彻底改变了人们对细胞和器官生长的理解。基于此成就，他两人共享了年诺贝尔生理学或医学奖。
年3月17日，澳大利亚莫纳什大学（MonashUniversity）JosePolo团队（共同一作为刘晓东博士，陈家斌博士研究生）在Nature杂志上发表了题为ModellinghumanblastocystsbyreprogrammingfibroblastsintoiBlastoids的封面文章，团队通过体细胞重编程的技术构建了全球首例人类胚胎样结构，一定程度上模拟了人类胚胎的整体构造及发育过程。同一时间，来自美国德克萨斯西南医学中心分子生物学的吴军课题组在Nature上背靠背发表文章Blastocyst-likestructuresgeneratedfromhumanpluripotentstemcells，成功地用人多能性干细胞分化诱导出人类早期胚胎样结构（命名为Blastoid，详见今日BioArt推送的头条）。
该工作基于此前刘晓东等发表于年9月的Nature文章。利用单细胞转录组学以及表观组学对体细胞重编程的机制研究，在体细胞重编程过程中（到上胚层EPI,iPSC），团队发现了具备原始内胚层(PE)及滋养外胚层(TE)转录特征细胞的存在。为了研究这些细胞在重编程过程当中的互相影响，团队将重编程中间产物放入三维培养系统让这些不同细胞更好的交流，6天之后意外地发现了空心的球体结构。为了验证这些结构的类型，团队首先利用免疫组织化学染色分析了几个关键标记，发现这些结构由一层外围细胞包围着表达NANOG转录因子的内部细胞团，并形成类似囊胚腔的空间（图1c)。此外，这些结构的外围细胞具有TE特征性标记（如CDX2、GATA2和KRT8）的表达，而内部细胞团则表达EPI的特征性标记(如NANOG、OCT4和SOX2)，该结果进一步确认了TE和EPI样细胞的存在。通过进一步分析，该团队还在这些结构的内部细胞团里发现了部分表达PE特征性标记(如GATA6和SOX17)的细胞(图1h-m)。除此之外，这些结构也能够很好地模拟真正人类胚胎中TE和EPI之间细胞形态的区别(图1n)。由于这些结构是通过体细胞重编程的方法创建的，团队将它们命名为诱导胚胎样结构(inducedblastoids,iBlastoids)。进一步，该团队还在分子和功能层面验证了这种诱导胚胎样结构是否具有人类胚胎结构的特点。
图1.体细胞重编程为诱导人类胚胎样结构（iBlastoids)进一步，团队利用单细胞转录组学技术对iBlastoids进行了更深一层的转录组剖析，并与人类胚胎的单细胞转录组数据进行了比较。分析结果确认了iBlastoids具有类似人EPI、TE和PE转录特征的细胞，但同时也出现了一些人类胚胎里不存在的中间细胞类群(图2d-e)。此外，团队也证明iBlastoids的TE细胞与真正人类胚胎相似，能够被细分为mural和polarTE两个细胞亚群(图2f-g)。基于此，团队得出结论：iBlastoids在单细胞层面具有和人类胚胎相似的细胞组成。
图2.iBlastoids单细胞转录组测序分析在功能验证方面，团队成功地从iBlastoids分离出原始态多潜能干细胞(NaivebPSCs)、始发态多潜能干细胞(PrimedbPSCs)和滋养层干细胞(bTSCs)(图3a-g)，而且通过一系列的实验证明了这些干细胞可以被无限扩增，并且具备多潜能性（比如iPSC具备分化到各类人类细胞的能力）。
图3.iBlastoids分离出naivebPSCs,primedbPSCs和bTSCs为了进一步验证iBlastoids具有模拟发育过程的功能，团队下一步采用模拟人类胚胎着床过程的体外检测方法(invitroattachmentassay)（图4a)。在模拟着床的过程中，iBlastoids展示了各种与人类胚胎相似的现象，即上胚层细胞的增殖、初期羊膜腔的形成、滋养层细胞的分化及人绒毛膜促性腺激素(hCG)的分泌(图4b-i)。以上结果均证实了iBlastoids能够模拟人类胚胎着床的过程，这将具有极大的应用前景。
图4.iBlastoids模拟人类胚胎着床过程综上，该团队在研究体细胞重编程机制的过程中意外发现了成熟体细胞可以被重编程为诱导人类胚胎样结构(iBlastoids)，该模型一定程度上模拟了人类胚胎的整体构造及发育过程。团队也强调，iBlastoids仅仅是人类胚胎的模型，并不应该被视为真正的胚胎。由于iBlastoids是通过体细胞重编程的方法创建，不需要用到任何人类胚胎细胞作为起始点，该团队相信iBlastoids将会是一个更容易被接纳的人类胚胎样结构。此外，该团队也展望了iBlastoid在人类胚胎发育研究、发育相关疾病或流产等病理机制研究、人工受孕技术效率提升，以及基因编辑技术或是大规模药物筛检及毒理测试上具有广阔的应用前景。此外从iBlastoids分离出的多潜能干细胞也会在疾病研究，药物筛选，以及细胞疗法（例如细胞免疫疗法，帕金森，糖尿病等）临床应用方向显现出巨大的优势和潜力。
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