人始于精卵結合形成的受精卵，受精卵經多次卵裂和卵裂球位置重排，在受精后6-7天形成囊胚。人囊胚是一個由約200個細胞組成的中空圓形結構，在胚胎第6-7天（E6-7）植入子宮壁，開始著床后發育。在囊胚后期，外面的滋養層細胞逐步產生胎盤，內部的內細胞團（ICM）分裂為下胚層（hypoblast），后者產生卵黃囊，上胚層（epiblast）分化為三個最終胚層，最終形成胎兒產生個體。隨著囊胚在母體子宮著床，胚胎發育進入圍著床階段，上胚層和下胚層逐漸發育形成雙胚盤、羊膜腔和卵黃囊的三維結構，并特化產生著床后上胚層、胚外內/中胚層、羊膜、原始生殖細胞和原條等多種細胞譜系。長期以來，由于圍著床期胚胎位于母體子宮，且尺寸較?。〝蛋傥⒚祝?，無法獲得相關的材料開展研究，因此處于“黑匣子”狀態。
在胚胎發育過程中，圍著床階段是決定胚胎能否正常發育的關鍵時期。據統計，臨床上有60%左右的胚胎會在圍著床階段出現著床失敗或妊娠丟失。此外，我國胎兒出生缺陷率為5.6%。著床失敗、妊娠丟失和胎兒出生缺陷，與圍著床胚胎的異常發育密切相關，但機制尚不清楚。一個重要的原因是我們缺乏對相關階段胚胎發育機制的了解。因此，深入解析人圍著床胚胎的發育機制，有助于理解胚胎發育與疾病發生的關系，從而為不孕不育（著床失敗或妊娠丟失）和胎兒出生缺陷的診療提供重要基礎。
2023年7月17日，昆明理工大學李天晴、艾宗勇和季維智帶領的團隊在國際知名期刊Cell Research在線發表題為Dissecting peri-implantation development using cultured human embryos and embryo-like assembloids的研究長文。
昆明理工大學李天晴教授、艾宗勇副教授和季維智院士為該研究的共同通訊作者。昆明理工大學艾宗勇副教授、牛寶華博士、尹宇副教授、附屬醫院云南省第一人民醫院相立峰副主任技師以及碩士生施高慧為該研究的共同第一作者。
該研究首次繪制了人圍著床胚胎的完整細胞圖譜，并定義了不同細胞譜系及其這些譜系間的互作關系。在此基礎上，為彌補使用人胚胎開展研究受到倫理、胚胎數量和技術限制的缺陷，研究人員利用人干細胞開發了一個新的人工合成胚胎，首次再現了人圍著床胚胎的發育特征、三維結構（雙胚盤、羊膜腔和卵黃囊）和細胞譜系（胚外內/中胚層、原始生殖細胞和原條）。該研究首次系統揭示了人圍著床胚胎的發育動態、譜系特征、基因信號以及關鍵信號通路在不同譜系命運決定過程中的功能。該研究巨大地促進了我們對人圍著床胚胎發育的理解。此外，人工合成胚胎為進一步探索人胚胎著床后的譜系特化、信號互作和組織模式提供了一個全新的模型，同時也為胚胎異常發育進行藥物研發和毒理測試提供了一個全新的平臺。
這項研究為深入理解女性不育或胎兒出生缺陷，以及探尋相應的診療策略奠定重要基礎，將造福人類生殖健康。
人工合成胚胎的明場、染色和模式圖
該研究受到國家重點研發計劃、自然科學基金重點項目和云南省科技廳重大基礎研究項目的經費支持。
同一時間，國際上其他四個團隊也發表了人胚胎模型的工作。其中，三項工作（來自英國劍橋大學的Magdalena Zernicka-Goetz團隊、美國耶魯大學的Berna Sozen團隊和美國匹茲堡大學的Mo R. Ebrahimkhani團隊）獲得的胚胎模型缺乏典型的雙胚盤、羊膜腔和卵黃囊結構；來自以色列魏茨曼科學研究所Jacob H. Hanna團隊建立的胚胎模型具有典型的雙胚盤、羊膜腔和卵黃囊結構，但效率極低（2.9%）。相比，本研究的胚胎模型發育效率超過80%，為人早期胚胎發育、藥物研發和毒理測試提供重要的研究和篩選平臺。該文在正式發表前的bioRxiv預印本上已被國際新聞媒體報道超過上百次。
