在第三周,，也就是原腸胚形成的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生幾個(gè)關(guān)鍵事件,。胚胎開(kāi)始形成一個(gè)身體中軸,，而軸的一端注定會(huì)發(fā)育成頭部,。所有的細(xì)胞開(kāi)始遷移并分化成三層，這將最終形成人體所有的器官和組織,。這個(gè)過(guò)程太重要了,，因此這也是履行14天法則的主要原因。

一些研究人員正在尋找替代方法,，他們利用人類(lèi)干細(xì)胞技術(shù)構(gòu)建合成胚狀結(jié)構(gòu),，這種情況就不用遵循14天法則了。這類(lèi)構(gòu)建缺少全面發(fā)展的某些至關(guān)重要的組件,，因此,，即使被植入子宮，也發(fā)育不成胎兒,。2014年,，布里瓦盧、埃里克·西賈和他們?cè)诼蹇朔评沾髮W(xué)的同事發(fā)布報(bào)告稱(chēng),，他們利用專(zhuān)門(mén)培養(yǎng)的人類(lèi)胚胎干細(xì)胞在體外模擬了原腸胚形成的過(guò)程,。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)干細(xì)胞被限制在幾百微米的范圍內(nèi)生長(zhǎng)時(shí),，這些干細(xì)胞就能分化成一種外形看起來(lái)像牛眼的細(xì)胞,，而這種牛眼一樣的細(xì)胞又包含著能發(fā)育成身體所有部分的三種主要細(xì)胞類(lèi)型。從扁形蟲(chóng)到靈長(zhǎng)類(lèi),，幾乎在所有的動(dòng)物中,，這些細(xì)胞類(lèi)型都具有類(lèi)似的作用：中心的細(xì)胞變成皮膚、大腦和神經(jīng)系統(tǒng),，中間層細(xì)胞變成肌肉,、血液、骨骼和各種器官,，最外層的細(xì)胞會(huì)變成消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng),。

這類(lèi)構(gòu)建的胚狀結(jié)構(gòu)看起來(lái)比較扁，而真正的人類(lèi)胚胎的構(gòu)造則比較立體,，盡管有差異,，但在細(xì)胞和分子水平上，研究人員原本就期望獲得這種效果,?！袄靡粋€(gè)系統(tǒng),，我們能分析信號(hào)通路和細(xì)胞命運(yùn)之間的關(guān)系，”西賈實(shí)驗(yàn)室前博士后研究員阿里耶·瓦姆弗萊士（Aryeh Warmflash）說(shuō)道,。

圖注：胚狀體內(nèi)的一波又一波信號(hào)，紅色和黃色信號(hào)更強(qiáng),，藍(lán)色信號(hào)稍弱,，這種信號(hào)強(qiáng)弱的差異促使了細(xì)胞的分化。（圖/易德塞·海姆斯凱克,；阿里耶·瓦姆弗萊士/美國(guó)萊斯大學(xué)）

對(duì)該系統(tǒng)的后續(xù)研究已經(jīng)揭示了胚胎細(xì)胞如何利用幾何結(jié)構(gòu)和化學(xué)過(guò)程來(lái)自我組織成不同的組織類(lèi)型,。2016年，布里瓦盧,、西賈和他們的團(tuán)隊(duì)演示了干細(xì)胞可以感知自己在圓形集落中的位置的過(guò)程,，因此，調(diào)整它們對(duì)生長(zhǎng)因子分子的反應(yīng)就能幫助形成細(xì)胞離散區(qū)域,。2017年,，萊斯大學(xué)瓦姆弗萊士團(tuán)隊(duì)在《bioRxiv》網(wǎng)站預(yù)印本系統(tǒng)上發(fā)布的一篇報(bào)告展示了生長(zhǎng)因子的動(dòng)力學(xué)在胚胎發(fā)育中起著一定的作用。研究人員發(fā)現(xiàn),，一組特定的蛋白質(zhì)釋放出激增的信號(hào),，統(tǒng)稱(chēng)為Nodal信號(hào)通路，這波信號(hào)像波浪一樣從集落圓周向內(nèi)擴(kuò)散,，在其擴(kuò)散初期留下不同的細(xì)胞類(lèi)型,。

布里瓦盧團(tuán)隊(duì)研對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的研究更加深入，他們?cè)诮衲?月7日展示了用生長(zhǎng)因子的組合來(lái)處理這些類(lèi)型的集群就能誘導(dǎo)“組織者”細(xì)胞的形成,，而“組織者”細(xì)胞,，顧名思義，就是未來(lái)組織各類(lèi)型細(xì)胞出現(xiàn)及發(fā)育的原始者,。除人外的其他動(dòng)物中,，這些特殊的細(xì)胞能引導(dǎo)周?chē)募?xì)胞形成一個(gè)有頭有尾的中軸。但是,，由于14天法則的原因,，科學(xué)家從未見(jiàn)過(guò)人類(lèi)組織者細(xì)胞的的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程?？紤]到人類(lèi)胚胎工作面臨的倫理限制和技術(shù)局限,，布里瓦盧取而代之將假定的人類(lèi)組織者細(xì)胞移植到發(fā)育中的雞胚上，然后觀察到被移植的細(xì)胞指導(dǎo)小雞細(xì)胞發(fā)展出第二個(gè)雞神經(jīng)系統(tǒng),。

胚胎的支持結(jié)構(gòu)

關(guān)于人類(lèi)早期發(fā)展的主題，很多研究都集中在胚胎本身上,，但很多其他的組織對(duì)胚胎的生存也有至關(guān)重要的影響,，其中就包括羊膜囊和胎盤(pán),，羊膜囊是胚胎的住所，而胎盤(pán)則能為胚胎提供氧氣和營(yíng)養(yǎng),。

為了更好地研究羊膜囊是如何發(fā)育的,，研究人員用人類(lèi)干細(xì)胞制造了一個(gè)模型。去年,，發(fā)育生物學(xué)家黛博拉·古穆西奧（Deborah Gumucio）,、密歇根大學(xué)生物工程師傅建平以及他們的同事發(fā)現(xiàn)當(dāng)在凝膠器皿上培養(yǎng)人類(lèi)干細(xì)胞并用天然的支架分子包圍這些干細(xì)胞時(shí)，這些細(xì)胞就自我組織成一個(gè)類(lèi)似于羊膜囊的東西,。大約24小時(shí)后,，類(lèi)羊膜囊上就出現(xiàn)一個(gè)口，然后,，細(xì)胞開(kāi)始在一側(cè)變平,，而另一側(cè)的細(xì)胞就開(kāi)始拉長(zhǎng)，而這正是原腸胚形成前的典型過(guò)程,。

這個(gè)人造模型只復(fù)制了胚胎的核心和囊,，沒(méi)有其他的支撐組織，而后者是胚胎存活生長(zhǎng)的必要條件,。盡管缺少支撐組織,，研究人員仍能識(shí)別出一些可能幫助產(chǎn)生這種不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的分子信號(hào)?！熬瓦@種人造模型試驗(yàn),，就現(xiàn)在進(jìn)行的階段，我們?nèi)杂泻枚嘀匾畔⒂写l(fā)現(xiàn),，所以我們沒(méi)理由將其發(fā)育成更晚的胚胎,，”古穆西奧說(shuō)道?？茖W(xué)家將這種胚狀結(jié)構(gòu)培養(yǎng)物保持了5天,，對(duì)應(yīng)到真實(shí)人類(lèi)胚胎發(fā)育期大概是9到14天，雖然和真實(shí)胚胎有差異,，但研究人員仍是依據(jù)14天法則,，在對(duì)應(yīng)的第5天停止了培養(yǎng)。

澤尼卡·格茨團(tuán)隊(duì)正嘗試開(kāi)發(fā)更完整的結(jié)構(gòu),。2017年,，格茨團(tuán)將兩種類(lèi)型的小鼠干細(xì)胞組合起來(lái)進(jìn)行培養(yǎng)：一種形成胚胎本身，一種有助于形成胎盤(pán),，后者稱(chēng)為滋養(yǎng)層干細(xì)胞,。研究人員將培養(yǎng)物嵌在三維支架上，這種合成結(jié)構(gòu)就像是胚胎著床后的環(huán)境。現(xiàn)在,，研究人員正致力于用人類(lèi)干細(xì)胞創(chuàng)造出一種類(lèi)似的胚狀結(jié)構(gòu),。科學(xué)家可以借此更好地了解胚胎組織和胚胎外組織的相互作用,，比如說(shuō)胚胎和胎盤(pán),。

隨著一些實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出這些越來(lái)越復(fù)雜的合成模型，即所謂的胚胎,，倫理問(wèn)題正在日益凸顯,。“我認(rèn)為這是一個(gè)灰色地帶,，”位于緬因州巴爾港的杰克遜實(shí)驗(yàn)室的干細(xì)胞生物學(xué)家馬丁·佩拉（Martin Pera）說(shuō)道,。“我們應(yīng)該如何看待這些正在發(fā)育的結(jié)構(gòu),？”許多倫理學(xué)家和科學(xué)家都認(rèn)為,，目前進(jìn)行的合成胚狀體比較簡(jiǎn)單，因此不必一定遵守14法則,。但是位于俄亥俄州克利夫蘭的凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的生物倫理學(xué)家玄仁洙（Insoo Hyun）表示,，“給胚狀體的特點(diǎn)下定義本身就是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，比如說(shuō)我們很難確定胚狀體發(fā)育到什么程度或是出現(xiàn)何種特點(diǎn)才算是更加接近真實(shí)的胚胎,。很難把握這個(gè)度,，現(xiàn)在培養(yǎng)的胚狀體可能已經(jīng)超越了14天法則，比如說(shuō),，你把它移植到子宮,，它就能發(fā)育成更復(fù)雜的形態(tài)?！?/p>

數(shù)據(jù)重整

研究人員在研究后期階段的解鎖細(xì)節(jié)方面也取得了一些進(jìn)展,，組織染色和成像技術(shù)功不可沒(méi)。在2016年《科學(xué)》（Science）上發(fā)表的一篇報(bào)告中,，阿姆斯特丹大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員將華盛頓卡內(nèi)基科學(xué)研究所保存的15000個(gè)組織切片進(jìn)行數(shù)字化,。這些組織切片是19世紀(jì)80年代到20世紀(jì)前半期期間從流產(chǎn)、手術(shù)和尸體解剖中獲得的樣本,。荷蘭的一項(xiàng)研究時(shí)間跨度超過(guò)了兩個(gè)月,，研究人員用數(shù)字技術(shù)追蹤了單個(gè)切片上多達(dá)150個(gè)器官的輪廓，然后對(duì)截面進(jìn)行調(diào)整對(duì)齊重新構(gòu)建了原始胚胎的三維模型,，這個(gè)三維模型可以當(dāng)做活性數(shù)據(jù)集,。

在高分辨率下研究胚胎已經(jīng)有了一些發(fā)現(xiàn)，比如說(shuō),，在胚胎學(xué)角度上看,，腎臟的出現(xiàn)及發(fā)育要經(jīng)歷三個(gè)連續(xù)的階段，先后是前腎、中腎和后腎,，以前科學(xué)界都認(rèn)為腎臟出現(xiàn)和發(fā)育的過(guò)程是從上往下發(fā)生的,，后來(lái)有研究小組根據(jù)更新的技術(shù)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槟I臟的生長(zhǎng)速度和椎骨生長(zhǎng)速度并不一樣,，所以腎臟的出現(xiàn)及發(fā)育的過(guò)程并不是單向的向下，而是上上下下的起伏式發(fā)育,。

但是卡內(nèi)基研究院收集的切片有個(gè)主要局限,，就是缺少分子標(biāo)記，這就使研究人員不容易區(qū)分出不同的細(xì)胞類(lèi)型,。為了克服這些問(wèn)題,，位于巴黎的法國(guó)國(guó)家健康與醫(yī)學(xué)研究所的阿蘭·切多爾（Alain Chédotal）在2017年發(fā)表了一份新的三維數(shù)據(jù)集。新的數(shù)據(jù)集包含36個(gè)胚胎和胎兒,，這些胚胎和胎兒樣本處在6到14星期的發(fā)育階段,。阿蘭和其團(tuán)隊(duì)對(duì)捐贈(zèng)的樣本進(jìn)行組織清理處理，這樣就能使樣本更容易在顯微鏡下成像,，然后又進(jìn)行著色以突出不同的細(xì)胞類(lèi)型,。

圖注：隨著神經(jīng)的發(fā)展,，左右手也有著不同的分支模式,。（圖/阿蘭·切多爾；摩根·貝勒）

根據(jù)新的三維圖像,，研究人員能在高分辨率細(xì)節(jié)上觀察神經(jīng),、肌肉、肺和其他器官的發(fā)育過(guò)程,?！熬图?xì)節(jié)而言，這是前所未有的成果,，”位于華盛頓的霍華德大學(xué)醫(yī)學(xué)院魯伊·迪奧戈（Rui Diogo）說(shuō)道,。迪奧戈對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行了挖掘，了解到肢體肌肉的發(fā)展情況,。

迪奧戈研究小組觀察到手部和足部的一些肌肉會(huì)在發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)消失或融合,，這些研究結(jié)果尚未發(fā)表?！爱?dāng)我們還是胚胎時(shí),，我們的肌肉和成年后的肌肉很不一樣，”迪奧戈說(shuō)道,。此外,，還有其他一些意想不到的發(fā)現(xiàn)，比如切多爾報(bào)告稱(chēng)，盡管左右手神經(jīng)組織具有相似性,，但在第7到11星期內(nèi),，每只手的細(xì)的分支模式會(huì)沿著不同的路徑進(jìn)行發(fā)散伸展。

法則的去留

隨著科學(xué)技術(shù)的改進(jìn),，研究人員希望對(duì)人類(lèi)早期發(fā)展有更多更深的了解,，他們還希望闡明導(dǎo)致妊娠丟失和出生缺陷的原因。

研究人員對(duì)胚胎早期發(fā)育的研究日益清晰,，這也使倫理問(wèn)題越發(fā)凸顯,。也有一些人認(rèn)為，隨著澤尼卡-格茨和布里瓦盧的拓展型實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,，科學(xué)界和倫理學(xué)界應(yīng)該重新審視14天法則,。今年5月，萊斯大學(xué)貝克研究所健康與生物科學(xué)中心舉行了一次會(huì)議,，有30位美國(guó)科學(xué)家,、倫理學(xué)家和其他專(zhuān)家參與了這次討論，布里瓦盧和約翰斯頓也參加了,，他們討論了是否應(yīng)該打破14天法則,，以及打破后應(yīng)該如何設(shè)置新的界限?！拔艺J(rèn)為最好還是遵守14天法則,，如有特殊情況，可通過(guò)請(qǐng)?jiān)笗?shū)來(lái)破例,，”與會(huì)的玄仁洙說(shuō)道,。

隨著研究結(jié)果的不斷積累，技術(shù)上的進(jìn)步激起了科學(xué)家的興趣,，同時(shí)也加劇了他們的不安,。“這是種驚奇而又敬畏的感覺(jué),，我們正在觸及人類(lèi)早期的秘密,，因此很多人在道德上與倫理上產(chǎn)生了疑慮，”約翰斯頓說(shuō)道,?！斑@些疑慮是很好的提醒，即我們?cè)谂囵B(yǎng)皿中研究的東西絕非幾個(gè)細(xì)胞那么簡(jiǎn)單,！”