2026年10月14日，Nature发表Modelling mouse embryogenesis from chemically induced totipotent stem cells，研究者利用化学诱导的类全能干细胞构建出小鼠胚胎模型，在体外模拟早期胚胎发育、原肠运动、器官发生等多个发育过程。
先说结论：
第一，科学家确实已经能够利用经过化学重编程的干细胞，在没有精子与卵子受精参与的情况下，构建出能够自主组织并模拟小鼠早期发育的胚胎模型。这项研究最大的突破，是让这些模型在体外连续经历了从囊胚形成、原肠胚形成到早期器官发生等多个发育阶段。
第二，这还不能等同于制造出了一只具有完整发育潜能的小鼠。虽然这些胚胎模型已经能够形成多种组织，甚至出现具有节律性收缩能力的心脏，但距离真正发育成一只能够出生、独立存活的小鼠，还有相当大的差距。
第三，这项研究最直接的价值，是让科学家有机会观察和干预过去难以研究的早期胚胎发育过程。未来，它可能为研究不孕不育、胚胎发育失败、早期流产以及先天性发育异常提供新的实验工具。不过，距离真正应用于临床治疗，还有很长的路要走。
这项研究究竟突破了什么？
自然情况下，一只小鼠的生命始于精子与卵子的结合。
受精卵经过连续的细胞分裂，先后形成桑椹胚、囊胚，然后在子宫内着床，继续发育。接下来，胚胎会逐渐建立身体的前后轴，形成三个胚层，再进一步分化出心脏、神经系统等各种组织和器官。
而这次，清华大学丁胜团队的研究者选择了另一条路线。
他们先利用化学小分子，将小鼠胚胎干细胞诱导成一种更接近早期胚胎细胞状态的类全能干细胞（chemically induced totipotent-like stem cells，ciTotiSCs）。
然后，再将这些细胞放入特定的培养环境中，让它们自行聚集、分化，形成具有胚胎和胚外组织特征的结构，并继续向后发育。
最终，研究人员在这些胚胎模型中观察到了多个重要的发育过程：
- 早期胚胎自组织：
- 形成类似桑椹胚和囊胚的结构，并分化出胚胎和胚外组织的不同细胞谱系。
- 原肠胚形成：
- 开始出现胚层分化、胚胎体轴建立等重要发育过程。
- 早期器官发生：
- 形成了与自然小鼠胚胎第8.5天（E8.5）相似的多种组织结构，包括神经系统、造血系统和早期器官的雏形。
- 心脏组织发育：
- 经过进一步培养，模型中甚至出现了具有节律性收缩能力的心脏组织，其部分结构和功能特征已经接近自然小鼠胚胎第10.5天（E10.5）的水平。[1]
这里的E8.5和E10.5，分别代表自然小鼠胚胎受精后第8.5天和第10.5天的发育阶段。
其实，早在2022年，就已经有研究团队利用不同类型的干细胞，构建出能够形成早期心脏组织的小鼠胚胎模型。
但这次研究有一个很大的不同。
以往的一些研究需要分别准备能够形成胚体、胎盘和卵黄囊的不同干细胞，再将它们组合起来。而这次，研究者只使用一种经过化学诱导的类全能干细胞，就让它们自行组织出了多种胚胎与胚外组织，并连续经历多个早期发育阶段。
这才是这项研究最有意思的地方：
科学家并没有直接制造出心脏、血管或者神经系统，而是让一群经过重新编程的干细胞，自己启动了一套相当复杂的胚胎发育程序。
它与自然受精形成的胚胎，究竟还有多大差距？
那么问题来了。
既然这些胚胎模型已经能够形成血管、神经系统，甚至连心脏都开始跳动了，是不是意味着我们距离在实验室里直接培育出一只小鼠，已经只有一步之遥了？
显然还不是。
因为判断一个胚胎是否具备完整的发育能力，不能只看它长得像不像正常胚胎，更不能仅凭有没有心跳来判断。
目前，这些模型与自然胚胎之间，至少还存在以下几个关键差别。
1. 起点不同：它并不是一枚真正的受精卵
自然胚胎来源于受精卵。
精子和卵子结合后，会形成一套独特的细胞状态，包括遗传物质的组合、表观遗传调控、基因组印记以及后续早期发育所需要的各种分子机制。
而这项研究使用的ciTotiSCs，最初来源于小鼠胚胎干细胞。
研究者通过化学处理，让这些细胞重新获得更接近早期全能性细胞的特征，使它们不仅能够分化成胚体组织，还能形成某些胚外组织。
这里还有一个容易引起误解的细节。
论文强调的是利用单一类型的细胞构建胚胎模型，并不是说科学家已经能够从单独一个细胞直接培育出完整胚胎。
实际实验过程中，研究人员仍然需要让多个ciTotiSCs聚集，再通过细胞之间的相互作用完成后续的自组织。
另外，虽然这些细胞被称为类全能干细胞，但在发育生物学中，真正的全能性有着非常严格的判定标准。
能够表达全能性相关基因，或者能够分化出胚体和胚外组织，并不等于已经证明单个细胞具备发育成完整、可存活动物的全部潜能。
2021年，《Nature Cell Biology》发表的一项研究，就专门讨论了如何通过不同严格程度的实验标准来判断细胞的全能性。[2]
因此，这次研究证明的是这些细胞具有非常强的发育潜能，但距离证明它们与自然受精卵具有完全相同的发育能力，还有差距。
2. 发育效率存在明显差距
这一点，可能比心脏跳动的视频更能说明目前技术的局限。
根据2026年10月《中国新闻周刊》对研究团队的采访，虽然第4天时，超过70%的细胞团都能够形成形态接近早期小鼠胚胎的结构，但随着培养继续，能够正常发育的模型就越来越少了。[3]
研究者从第4天形成的模型中，挑选发育较好的继续培养。
结果到了第7天，只有大约20%还在正常发育；到了第8天，比例下降到不足10%；到了第10天，能够形成较为明确的头尾结构的模型，已经不足1%。
最终，只有3个模型发育到了第12天。
也就是说，让干细胞聚集成一个看起来像早期胚胎的结构，和让这个结构真正按照正常的发育程序持续生长，是两回事。
而这背后的原因，目前还没有完全弄清楚。
一种可能是，虽然经过化学诱导，这些干细胞获得了很多早期全能性细胞的特征，但它们仍然保留了部分原始细胞状态，无法完全复制自然受精卵的发育程序。
另一种可能，则是培养环境还不够完善。
自然胚胎在母体内发育时，可以获得持续的营养、氧气供应，以及来自母体组织的各种支持。而在实验室里，这些条件都需要通过人工培养体系来模拟。
究竟是细胞本身的问题，还是培养条件不够理想，或者两者都有影响，仍然需要进一步研究。
3. 胚外组织虽然出现了，但还不能完全替代胎盘
自然胚胎的发育，并不是只有未来形成小鼠身体的那部分细胞在发挥作用。
胎盘、卵黄囊以及其他胚外组织，同样是胚胎正常发育所必需的。
尤其是胎盘，它负责建立母体与胎儿之间的物质交换，而卵黄囊除了参与早期营养支持，也是胚胎最早开始造血的重要场所。
这次研究的一项重要进步，就是模型不仅形成了胚体样结构，还形成了卵黄囊样血管网络、血岛以及相应的造血细胞。
但这些胚外组织还远远谈不上完全成熟，更没有证据证明，它们已经具备了支持整个妊娠过程的功能。
研究团队还发现，部分早期模型中存在细胞谱系比例失衡的情况。
例如，一些模型中，向卵黄囊方向分化的细胞偏多，而与胎盘形成相关的细胞偏少。
这就可能带来一个很大的问题。
胚胎发育并不是简单地让不同细胞不断增殖，而是需要不同细胞在恰当的时间、位置完成分化，并通过信号交流协调彼此的发育。
如果某一类细胞分化过多，另一类细胞却数量不足，那么随着发育不断进行，这种最初看起来不起眼的差异，就可能被逐渐放大，最终影响整个胚胎的正常发育。
4. 心脏会跳动，不代表已经具备完整的生命维持能力
研究者确实在这些胚胎模型中观察到了相当令人惊讶的结果。
模型中的心脏组织已经出现心房样、心室样区室以及流出道样结构，能够进行有节律的收缩，甚至可以观察到血细胞进入正在发育的心脏区域。
这说明，模型已经不只是产生了一群能够跳动的心肌细胞，而是形成了具有一定组织结构和功能的早期心脏。
但问题在于，心脏组织会收缩，并不等于已经建立起能够维持整个身体生存的完整循环系统。
要知道，自然情况下，小鼠的妊娠期通常在19—21天左右。
而这次研究中，体外培养最长只进行到了第12天，能够发育到这一阶段的模型也只有极少数。
另外，《中国新闻周刊》在采访中还提到，研究团队曾尝试将这些模型移植回小鼠子宫。
据丁胜介绍，部分模型能够引起着床反应，子宫也出现了相应的膨大，但随后发育中断，最终被母体吸收。[3]
因此，至少从现有的实验结果来看，这种由化学诱导干细胞构建的小鼠胚胎模型，还无法完成从早期胚胎到正常出生的整个发育过程。
至于未来能否通过进一步完善细胞重编程技术和培养条件，让这些模型真正发育成能够独立存活的小鼠，目前仍然是一个尚未解决的科学问题。
我们是否已经在某种程度上“创造生命”？
这个问题就很有意思了。
因为答案取决于，我们究竟如何理解“创造生命”。
如果从严格的细胞生物学角度来看，科学家显然还没有实现从无生命物质中创造生命。
这次实验所使用的干细胞，本来就是活细胞，已经具有完整的细胞代谢、遗传信息以及各种生命活动能力。
研究者所做的，是通过化学手段改变这些细胞的状态，让它们重新获得更强的发育潜能。
所以，这项研究和生命起源研究中所讨论的，从非生命物质中产生生命（abiogenesis），完全不是一回事。
但如果我们换一个角度来看：
人类能不能在没有精子和卵子正常受精的情况下，利用已有的活细胞，在实验室里构建出一个能够按照胚胎发育程序运行的复杂生命系统？
那么，这项研究已经在相当程度上给出了肯定的答案。
而我认为，这项研究最令人着迷的地方，其实还不是出现了一颗能够跳动的心脏，而是这些细胞表现出来的自组织能力。
研究者并没有拿着镊子，把一群细胞逐个排列成心脏、血管或者神经系统的形状。
他们所做的，主要是利用化学方法改变细胞状态，再为这些细胞提供合适的起始条件和培养环境。
接下来，这些细胞就能够通过基因表达调控、细胞间信号传递、细胞迁移和组织形态变化，逐渐分化成不同的组织，并形成相互协调的结构。
换句话说，研究者负责创造条件，真正完成这些复杂组织构建的，仍然是细胞本身。
这其实也是胚胎发育生物学最有意思的地方。
一枚小小的受精卵，没有人告诉它心脏应该长在哪里、神经系统应该如何形成，也没有人拿着设计图，一步一步指导它把身体组装起来。
但在适当的环境中，细胞就是能够依靠自身的遗传信息和相互作用，逐渐建立起一个高度复杂、有序的生命系统。
现在，科学家已经能够利用人工诱导的干细胞，在一定程度上重现这个过程。
所以，与其说我们已经能够在实验室里创造生命，不如说我们已经开始掌握如何在没有自然受精过程参与的情况下，人工启动并重构哺乳动物早期胚胎的发育程序。
虽然距离创造一个具有完整生命史、能够独立存活的新个体，还有许多问题需要解决，但这项研究至少让我们更加接近了一个重要的科学问题：
究竟是什么，让一群看起来没有太大区别的细胞，最终能够自行组织成一个如此复杂的生命个体？
参考文献
[1] Wu H, Hu Y, Yu H, et al. Modelling mouse embryogenesis from chemically induced totipotent stem cells.Nature. Published online October 14, 2026. DOI:10.1038/s41586-026-11164-5.
[2] Posfai E, Schell JP, Janiszewski A, et al. Evaluating totipotency using criteria of increasing stringency.Nature Cell Biology. 2021;23:49–60. DOI:10.1038/s41556-020-00609-2.
[3] 牛荷. 这项技术，有望让人“复生”？《中国新闻周刊》，2026年10月22日。2026年第1257期，刊发标题：《不用精卵，“造出”小鼠还有多远？》
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