毫无疑问，将人类胚胎用于生物学和医学研究会带来许多道德问题。虽然在这些问题上要谨慎行事，但事实是，能够更准确地研究人类生物学将使许多科学受益。
一种解决方案在于替代工具 - 科学家称之为体外模型。但是，尽管成人组织有了一些进步，但在模拟人类胚胎的早期发育过程时，事情变得复杂起来。现在，EPFL生物工程研究所的科学家们从胚胎干细胞开始模拟体外胚胎形成的各个方面。
“一般来说，可靠地构建生物体外组织的一个棘手问题是如何在正确的时间和剂量下向培养细胞提供关键的信号分子，也称为形态发生素，”EPFL教授MatthiasLütolf说，他的研究小组领导了研究。“简单地将一系列干细胞暴露于单一浓度的形态发生素，最终导致不受控制的形态发生，因为这些细胞缺乏重要指导。”
但在发育中的胚胎中，干细胞从所谓的“信号传导中心”获得高度动态的形态发生素浓度范围。正是这种形态发生的梯度告诉干细胞成为什么类型的特化细胞和组织。
为了实现这一原则，Lütolf实验室的Andrea Manfrin博士开发了一种方法，将培养的人胚胎干细胞暴露于形态发生素的梯度，模仿原肠胚的真实条件 - 胚胎发育的早期阶段，其细胞开始转化进入不同的细胞类型和组织。
该方法涉及在微流体装置中生长干细胞，该微流体装置是具有小通道的芯片，其允许精确控制微量流体。研究人员在微流控芯片上的培养室中培养干细胞，并能够将它们暴露于各种形态发生素的精心控制的浓度梯度。
结果令人印象深刻：细胞发育和组织成不同细胞类型的区域，取决于它们暴露的浓度，就像它们在体内一样。事实上，科学家们报告说，他们能够成功地模仿原肠胚形成的各个方面，为实验室中特定人体组织的生长铺平了道路。
“我们假设设计人工信号中心'离体'可以让我们将干细胞群的自组织导向期望的结果，”曼弗林解释说。“这对于组织和器官工程具有明显的优势。”
这些优势包括用于药物测试和再生医学的新工具。这项新技术还可以帮助科学家研究与发育生物学相关的过程，如原肠胚 - 并可以在某些研究领域提供动物实验的替代方案。
“我们的长期目标之一是设计用于移植的器官，”Lütolf说，他已经在洛桑大学医院(CHUV)和其他地方与团体合作，从患者来源的细胞中产生小型器官('organoids')。“我们还远远没有在培养皿中培养功能性器官;但最近干细胞生物学和生物工程的进展使我乐观地认为这可以成为现实。关键是要更好地了解细胞如何在胚胎中构建组织和器官”。