经化学重置的细胞发育成有序的胚胎模型
由干细胞研究者丁胜领衔的清华大学团队，利用化学诱导的干细胞构建出小鼠胚胎模型，生成了血细胞、发育中的血管、早期生殖细胞谱系，以及能够有节律地收缩的心脏组织。这项研究于2026年10月14日发表于《自然》，追踪了从着床前阶段到器官形成初期的发育过程，整个过程都在子宫外进行。
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这些模型与胚胎日龄8.5天（E8.5）的天然小鼠胚胎高度相似。根据题为《利用化学诱导的全能干细胞模拟小鼠胚胎发生》的《自然》研究，延长培养后，模型中的功能性心脏组织与E10.5天然胚胎中的心脏组织高度相似。
清华大学药学院创院院长丁胜及其同事，以一种化学诱导的细胞类型为起点，而非使用精子和卵子。在适宜的培养条件下，这些细胞自行组织成结构，既包含发育中的身体组织，也包含通常在胚胎外形成的支持组织。
这项工作的核心成果在于发育过程的连续性：同一群起始细胞产生了早期发育的连续阶段，而非彼此孤立的组织片段。目前尚未培育出完整的小鼠。这项工作建立了一个实验系统，可用于研究早期发育如何展开，以及哪些环节可能出错。
化学重置改变了什么
这些起始细胞称为化学诱导全能干细胞（ciTotiSCs）。全能性指的是生成身体内各种细胞类型以及发育所需支持组织的能力，其中包括参与形成胎盘的组织。在小鼠中，受精卵和最早期胚胎的细胞具有这种非凡的发育潜能。
多能干细胞的发育潜能范围较窄：它们能生成身体内的多种细胞类型，而全能性还包括胚胎外的支持细胞谱系。丁胜团队利用化学物质，将小鼠多能干细胞推向更早期的状态。最新论文将其起始细胞描述为具有类全能性。
因此，这一实验路径包含多个步骤。研究人员先建立合适的干细胞群，再用化学方法改变其状态，随后提供适宜条件，使其开始有序发育。更早期的基础实验以小鼠多能干细胞作为直接起始材料。
“一种细胞类型”这一点也是这项成果的关键。许多胚胎模型依赖于多种特化细胞群的组合。而在这里，一种诱导细胞类型提供了构建模型所需的不同细胞谱系；随着发育推进，细胞逐渐承担不同的功能。
模型如何从细胞团发育到早期器官
清华团队的模型经历了类似桑椹胚的阶段，即细胞紧密聚集形成的早期细胞团；之后进入囊胚阶段，此时结构中出现腔体，细胞群也有所分化。研究人员发现，模型形成的囊胚在形态以及细胞分化为不同发育谱系的情况上，都与天然囊胚相似。
天然囊胚通常先在子宫内着床，再继续发育。实验室系统支持胚胎在子宫外继续发育，使研究人员得以观察通常会在母体内展开的过程。
原肠胚形成是其中一个重要里程碑。在这一阶段，细胞重新组织成三个基础胚层，神经系统、肌肉和肠道等组织由此发育而来。模型还形成了胚胎轴，这种空间组织方式有助于确定身体不同区域的形成位置。
随后出现了血细胞生成和早期器官发育。该研究的作者在《自然》论文中描述这一发育过程时写道：
由ciTotiSC衍生的胚胎模型（ciToti-EMs）成功经历了多个关键发育里程碑，包括原肠胚形成、胚胎轴形成、造血和早期器官发生，与胚胎日龄8.5天（E8.5）的天然胚胎（NEs）高度相似。
E8.5和E10.5是用于比较的天然小鼠胚胎发育阶段。整体胚胎模型与E8.5胚胎相似，而E10.5的比较对象是延长培养后的心脏组织。这两个基准描述的是实验的不同方面。
研究基础：三种化学物质组成的混合物
丁胜团队的相关研究最初于2022年6月21日在线发表，后刊登于《自然》2023年5月刊，第617卷，第792至797页。这项早期化学诱导研究建立了从小鼠多能干细胞生成并维持ciTotiSCs的条件。
该混合物含有TTNPB、1-氮杂帕立骨化醇和WS6，统称为TAW。TTNPB是一种维甲酸类似物，而WS6可抑制某些称为激酶的酶。这类小分子能够改变细胞内的信号，从而改变哪些发育程序会被激活。
从三类指标来看，诱导细胞都与小鼠二细胞期胚胎细胞相似：基因活性、与DNA相关的化学调控，以及参与代谢的分子。这些指标为研究人员评估细胞状态变化提供了多种方法。
团队还将这些细胞注入八细胞期胚胎。引入的细胞有效参与了胚胎内和胚胎外细胞谱系的形成。这项实验是在已有胚胎中检验这些细胞对发育的贡献；最新研究则追踪了完全由这种诱导细胞类型生成的模型。
长期维持这些细胞也是早期研究的重要环节。稳定的细胞来源使科学家能够反复研究同一种起始状态，而不必依赖这种状态在自然发育中短暂出现的时间窗口。
三篇论文展现领域进展
最新成果的研究路径包括清华团队早期的细胞诱导工作，也包括其他机构研究人员开发的一种不同化学方法。按发表日期梳理，有助于区分使用相似术语、但起始细胞不同的研究进展。
- 2022年6月21日：丁胜团队在线发表了诱导并维持ciTotiSCs的化学方法。论文随后于2023年5月刊登在《自然》上。
- 2025年8月7日：广州国家实验室、广州医科大学、复旦大学、西湖大学等机构的研究人员在线发表了关于胚胎创始细胞方法的研究，刊于《细胞》。
- 2026年10月14日：清华团队在《自然》发表论文，介绍了由ciTotiSCs连续发育形成胚胎模型的过程，包括早期器官形成和功能性心脏组织。
这些研究的共同方向是利用化学方法控制细胞身份。不同实验诱导的发育状态、所用化学条件，以及用于证明后续发育的证据各不相同。
另一种方法也实现了相似的发育阶段
2025年发表在《细胞》上的研究题为《通过化学诱导的胚胎创始细胞构建贯穿器官发生过程的小鼠胚胎完整模型》，生成了类似小鼠八至十六细胞期胚胎细胞的细胞。研究人员称之为诱导胚胎创始细胞（iEFCs）。
研究所用的K4诱导条件包括CHIR99021、ALK5抑制剂E6165452和RARα激动剂AM580。这与清华团队ciTotiSC研究所用的TAW混合物不同，针对的也是不同的早期发育细胞状态。
iEFCs形成囊胚模型（称为类囊胚）的效率为95%。在将它们与天然胚胎结合的实验中，研究报告称，形成嵌合胚胎、并使细胞同时参与胚胎内和胚胎外组织的效率为47%至73%。嵌合体包含来自不同起始细胞群的细胞。
95%指形成类囊胚的效率，而47%至73%指嵌合体实验的效率。这两个数字衡量的是不同实验结果，且都来自iEFC研究。
这些模型发育到与E8.5至E8.75天然胚胎相当的形态。它们形成了六至十四对体节。体节是重复排列的组织块，参与构建脊柱和骨骼肌等结构。研究人员还描述了呈环状的心管、脑区、视泡、肠道、尾芽，以及迁移中的原始生殖细胞。
与清华团队的研究结果对照来看，《细胞》这项研究表明，化学诱导的早期细胞状态能够支持多种路径，形成有序的胚胎模型。比较不同路径，或有助于科学家研究起始细胞的身份如何影响后续发育。
为什么支持组织对妊娠研究很重要
清华团队的模型既生成了胚胎外组织，也生成了发育中的身体组织。这些支持细胞谱系参与构建胚胎发育所需的环境，因此也是团队研究议程的重要部分。
丁胜认为，这一系统可用于研究胚胎外组织异常如何影响发育，并探索可能的干预方法。科学家可以利用此类模型，考察发育中的身体与支持组织之间的信号交流如何受到干扰。
团队指出，着床和胎盘疾病是这一研究可能的应用方向之一。包含这两类组织相互作用的模型，相较于只研究一种孤立细胞群，能提供不同的实验机会。
其实际价值在于能够随时间追踪发育过程。研究人员可以考察细胞身份或组织结构的早期变化如何导致后续发育问题，从而将最初的干扰与其后果联系起来。
生殖细胞和血管或有进一步用途
清华团队的模型中出现了原始生殖细胞。这些细胞是生殖细胞谱系的早期前体，最终会产生精子或卵子。转入专门的培养系统后，这些前体进一步发育，并显示出进入减数分裂早期阶段的能力。减数分裂是一种细胞分裂过程，使生殖细胞携带通常一半数量的染色体。
这些细胞仍未成熟，其生殖能力也尚未经过测试。丁胜提出，可以研究缺乏功能性精子或卵子的人是否最终能从一种路径中获益：以非生殖细胞为起点，通过有限阶段的发育生成生殖细胞前体，再通过进一步的实验室操作进行处理。
目前这仍是一项拟议的研究方向。现阶段的研究聚焦于小鼠发育、细胞身份，以及使生殖细胞谱系得以形成的条件。
发育中的血管和血细胞则提示了另一种可能用途：改进类器官，即在实验室中模拟器官部分特征的小型结构。丁胜指出，缺乏内部血管限制了类器官的生长尺寸和复杂程度。
若能在同一系统中让血管组织与器官组织共同发育，将有助于研究如何为更大的结构提供支持。这项实验把多种发育中的组织系统纳入同一个模型，为研究它们如何相互协调提供了基础。
进一步发育仍是核心挑战
随着发育推进，模型继续发育的效率会下降，部分结构也仍与天然胚胎不同。研究人员尚未确定这些局限有多少源自培养环境、模型本身，或两者兼有。
丁胜表示，团队当前的重点仍是基础研究。团队最终的实验目标是将模型移植到子宫内继续发育，并诞生健康的小鼠。要实现这一目标，还需克服当前发育效率下降的问题，并支持更完整、协调的生长。
将相关方法扩展到其他哺乳动物，尤其是人类，将面临更多科学难题，也需要更严格的伦理审查和公众讨论。因此，潜在的生殖应用也伴随着如何监管此类研究的问题。
这项成果已经让研究人员能够更连续地观察小鼠早期发育：一种诱导细胞类型在同一发育过程中生成支持组织、胚胎结构和若干新出现的功能。下一步实验的重点是弄清楚，为什么这一过程随着推进会变得不那么可靠。
要点
- 清华研究人员仅利用化学诱导的类全能干细胞构建出小鼠胚胎模型，未经过受精过程。
- 这篇于2026年10月14日发表在《自然》上的论文称，模型与E8.5胚胎相似，后续形成的心脏组织则与E10.5胚胎中的心脏组织相当。
- 模型生成了胚胎内和胚胎外组织、血细胞、发育中的血管以及原始生殖细胞。
- 这项研究建立在团队于2022年6月首次在线发表的化学诱导方法之上。
- 另一项于2025年8月发表在《细胞》上的研究使用诱导胚胎创始细胞和不同的化学配方，实现了早期器官形成。
- 目前尚未培育出完整的小鼠。随着清华团队的模型继续发育，其发育效率会下降；生殖应用仍停留在研究设想阶段。
