胎盘，这个在孕育新生命过程中至关重要的器官，却一直蒙着神秘的面纱。它虽在维持妊娠、保障胎儿生长发育上扮演着无可替代的角色，可由于实际研究中的诸多限制，比如法律、伦理方面的约束，使得我们对它的了解远远不够。在研究胎盘的道路上，缺乏合适的实验模型成为了一大 “拦路虎”。以往，我们对人类胎盘早期形态的认知，大多依赖于珍贵稀少的存档样本，或是借助非人类灵长类动物模型来推测，很多关于人类滋养层细胞（trophoblast）入侵和胎盘形成初期的关键问题，始终没有答案。
近年来，滋养层类器官（trophoblast organoids，TO）的出现，给胎盘研究带来了新的希望。然而，现有的滋养层类器官存在一个关键缺陷：合体滋养层（syncytiotrophoblast，STB）在类器官内部的位置不符合生理状态，这不仅无法真实再现体内胎盘绒毛的形态，也让模拟 STB 与子宫内膜或绒毛间隙内容物的接触变得困难重重。
为了攻克这些难题，来自杜克大学医学院（Duke University School of Medicine）等多个机构的研究人员展开了深入研究。他们成功建立了顶端向外的人类滋养层干细胞（human trophoblast stem cells，hTSC）源类器官，这种类器官的 STB 形成于表面，更接近体内胎盘的真实结构。相关研究成果发表在《iScience》杂志上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。免疫荧光染色用于观察细胞标记物的表达和分布，定量 PCR（qPCR）检测特定基因的转录水平，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）则帮助研究人员清晰地观察类器官的超微结构。
研究结果如下：
- 顶端向外的 STB 滋养层类器官的生成：研究人员将 CT27 hTSCs 细胞与胶原蛋白 IV 包被的聚苯乙烯珠子共培养，在特定培养基中诱导分化，10 天后形成的类器官由多层单核细胞和外层的多核细胞组成，类似体内胎盘绒毛结构。经过 qPCR 和免疫荧光染色分析发现，类器官中 STB 标记物（如 SDC-1、CGB 和 CGA）在靠近外表面的多核区域表达，而增殖标记物（如 MKI67）和细胞滋养层（cytotrophoblast，CTB）标记物（如 GATA3、p63 和 KRT7）主要集中在内部单核细胞中。此外，这种类器官能够分泌人绒毛膜促性腺激素（hCG）、孕酮（P4）和胎盘生长因子（PGF）等激素123。
- 顶端向外的滋养层类器官的超微结构：通过 SEM 和 TEM 观察发现，类器官的多核区域被连续的细胞边界包围，表面有大量微绒毛，与体内正常绒毛 STB 结构一致。内部单核细胞的细胞核形状不规则，染色质聚集在核膜下。多核细胞的质膜不规则，有微绒毛突起。此外，还观察到线粒体、自噬溶酶体等细胞器的特征，以及一种功能未知的非膜结合细胞器 —— 线状体（nematosome）45。
- 顶端向外的滋养层类器官中 HLA-G⁺CGB⁺双阳性细胞的检测：研究人员在类器官的内层和表面，以及培养上清中检测到了表达 EVT 标记物 HLA-G 的细胞，部分细胞还同时表达 CGB 和 SDC-1，这些细胞可能模拟了具有侵袭性的原始 STB69。
- 从顶端向外的滋养层类器官生成迁移和侵袭性的 EVT 样细胞：将类器官转移到 Matrigel 中，并使用含有 TGF-β 抑制剂和神经调节蛋白 1（NRG1）的培养基（EVTM）诱导分化，7 天后观察到细胞迁移到 Matrigel 中，形成具有典型 EVT 形态的纺锤状结构。这些细胞表达 EVT 标记物（如 HLA-G 和 ITGA2）、CTB 标记物（如 ITGA2）以及一些与 EVT 侵袭相关的蛋白（如 MMP-2、hPL、NOTCH1 和 NOTCH2）78。
研究结论和讨论部分指出，该研究建立的顶端向外的 hTSC 源类器官，在结构上比以往模型更接近体内植入胚胎和绒毛胎盘的真实情况，且 STB 分化和 EVT 形成均为自发过程，无需外源激素诱导。这一模型为研究胎盘对病原体的易感性、母婴跨绒毛胎盘的相互作用，以及母体血液中环境毒素和药物暴露的影响，提供了更符合生理相关性的体外模型。不过，该研究也存在一些局限性，如模型仅来源于 hTSC，未使用早孕或足月滋养层细胞；类器官传代次数有限；缺乏细胞外基质蛋白可能影响 CTB 细胞增殖；类器官未包含胎盘绒毛中的其他胎儿细胞和母体细胞等。未来，研究人员将通过共培养模型等方法来解决这些问题。
总的来说，这项研究为胎盘发育和相关疾病的研究开辟了新的道路，有望推动我们对人类妊娠早期生理过程的理解，为解决妊娠相关疾病提供新的思路和方法。
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