羊膜是一层保护膜，会膨胀成含有羊水的囊状结构，在分娩前羊膜破裂，羊水排出体外。此前研究界认为羊膜的主要功能是包裹和保护胎儿、缓冲冲击并在胎盘形成前传递营养。

不过，研究人员一直无法对羊膜进行深入研究，因为目前的干细胞胚胎模型通常无法捕捉人类发育的后期阶段，而且出于伦理原因，人类胚胎在14天后就不得用于研究。

英国弗朗西斯·克里克研究所的研究人员近日开发出一种成熟人类羊膜囊的新型干细胞模型，它重复了受精后两到四周内支持胚胎的组织发育过程。这是首个能模拟两周后羊膜囊发育的模型。

这项研究成果于5月15日发表在《Cell》杂志上。新模型有助于研究人类羊膜的起源与功能，并鉴定羊膜囊支持胚胎发育的未知机制。

研究人员创建了名为“原肠胚形成后羊膜样结构（PGA）”的3D模型，该模型与人类原肠胚形成后的羊膜及其他支持组织非常相似。他们通过分步培养人类胚胎干细胞实现这一突破——仅用两种化学信号诱导48小时后，细胞便自发形成羊膜的内层和外层。

超过90%的PGA在第10天形成了囊状结构。在未接受任何信号的情况下，这种结构持续扩张达90天。模型中的细胞组成与人类羊膜囊高度相似，其内部液体也模拟了人类羊水成分。

之后，研究人员探究了羊膜形成的潜在分子机制。通过基因操作技术，他们发现PGA中的转录因子GATA3若被关闭，会导致羊膜组织生长受阻。

相反，当他们在胚胎干细胞中增强GATA3时，即使不提供其他信号，这些细胞也会发育成类似羊膜囊的结构。这些实验表明，GATA3是启动羊膜发育的必要因子。

研究人员还进一步探究了羊膜组织是否具有促进胚胎细胞发育和特化的功能，而不仅仅是保护胚胎。他们将PGA细胞与未经处理的胚胎干细胞混合，观察到后者也形成了羊膜囊样结构，表明羊膜可能确实会向胚胎细胞传递信号。

由于羊膜具有再生、抗炎和抗菌的特性，剖腹产产妇捐赠的羊膜可用于重建眼角膜、修复子宫内膜或治疗烧伤和溃疡等医疗手术。由于移植组织主要依赖于捐赠，研究团队认为PGA可成为另一种羊膜来源，甚至可以用患者自己的细胞培育羊膜。

研究人员目前正与克里克研究所的转化团队合作，探索在临床中使用PGA的可能性，同时深入研究羊膜囊与胚胎细胞的通讯机制。

共同通讯作者、克里克研究所的Silvia Santos表示："由于伦理和技术方面的限制，早期人类发育仍是一个黑匣子。我们的新模型无需使用人类胚胎，就能揭示这一关键阶段的部分奥秘。这项工作改变了羊膜仅是保护性结构的传统认知：它正积极地与胚胎对话并促进其生长。"