在第三周，也就是原肠胚形成的过程中，会发生几个关键事件。胚胎开始形成一个身体中轴，而轴的一端注定会发育成头部。所有的细胞开始迁移并分化成三层，这将最终形成人体所有的器官和组织。这个过程太重要了，因此这也是履行14天法则的主要原因。
一些研究人员正在寻找替代方法，他们利用人类干细胞技术构建合成胚状结构，这种情况就不用遵循14天法则了。这类构建缺少全面发展的某些至关重要的组件，因此，即使被植入子宫，也发育不成胎儿。2014年，布里瓦卢、埃里克·西贾和他们在洛克菲勒大学的同事发布报告称，他们利用专门培养的人类胚胎干细胞在体外模拟了原肠胚形成的过程。他们发现，当干细胞被限制在几百微米的范围内生长时，这些干细胞就能分化成一种外形看起来像牛眼的细胞，而这种牛眼一样的细胞又包含着能发育成身体所有部分的三种主要细胞类型。从扁形虫到灵长类，几乎在所有的动物中，这些细胞类型都具有类似的作用：中心的细胞变成皮肤、大脑和神经系统，中间层细胞变成肌肉、血液、骨骼和各种器官，最外层的细胞会变成消化系统和呼吸系统。
这类构建的胚状结构看起来比较扁，而真正的人类胚胎的构造则比较立体，尽管有差异，但在细胞和分子水平上，研究人员原本就期望获得这种效果。“利用一个系统，我们能分析信号通路和细胞命运之间的关系，”西贾实验室前博士后研究员阿里耶·瓦姆弗莱士（Aryeh Warmflash）说道。
图注：胚状体内的一波又一波信号，红色和黄色信号更强，蓝色信号稍弱，这种信号强弱的差异促使了细胞的分化。（图/易德塞·海姆斯凯克；阿里耶·瓦姆弗莱士/美国莱斯大学）
对该系统的后续研究已经揭示了胚胎细胞如何利用几何结构和化学过程来自我组织成不同的组织类型。2016年，布里瓦卢、西贾和他们的团队演示了干细胞可以感知自己在圆形集落中的位置的过程，因此，调整它们对生长因子分子的反应就能帮助形成细胞离散区域。2017年，莱斯大学瓦姆弗莱士团队在《bioRxiv》网站预印本系统上发布的一篇报告展示了生长因子的动力学在胚胎发育中起着一定的作用。研究人员发现，一组特定的蛋白质释放出激增的信号，统称为Nodal信号通路，这波信号像波浪一样从集落圆周向内扩散，在其扩散初期留下不同的细胞类型。
布里瓦卢团队研对这个系统的研究更加深入，他们在今年5月7日展示了用生长因子的组合来处理这些类型的集群就能诱导“组织者”细胞的形成，而“组织者”细胞，顾名思义，就是未来组织各类型细胞出现及发育的原始者。除人外的其他动物中，这些特殊的细胞能引导周围的细胞形成一个有头有尾的中轴。但是，由于14天法则的原因，科学家从未见过人类组织者细胞的的运转过程。考虑到人类胚胎工作面临的伦理限制和技术局限，布里瓦卢取而代之将假定的人类组织者细胞移植到发育中的鸡胚上，然后观察到被移植的细胞指导小鸡细胞发展出第二个鸡神经系统。
胚胎的支持结构
关于人类早期发展的主题，很多研究都集中在胚胎本身上，但很多其他的组织对胚胎的生存也有至关重要的影响，其中就包括羊膜囊和胎盘，羊膜囊是胚胎的住所，而胎盘则能为胚胎提供氧气和营养。
为了更好地研究羊膜囊是如何发育的，研究人员用人类干细胞制造了一个模型。去年，发育生物学家黛博拉·古穆西奥（Deborah Gumucio）、密歇根大学生物工程师傅建平以及他们的同事发现当在凝胶器皿上培养人类干细胞并用天然的支架分子包围这些干细胞时，这些细胞就自我组织成一个类似于羊膜囊的东西。大约24小时后，类羊膜囊上就出现一个口，然后，细胞开始在一侧变平，而另一侧的细胞就开始拉长，而这正是原肠胚形成前的典型过程。
这个人造模型只复制了胚胎的核心和囊，没有其他的支撑组织，而后者是胚胎存活生长的必要条件。尽管缺少支撑组织，研究人员仍能识别出一些可能帮助产生这种不对称结构的分子信号。“就这种人造模型试验，就现在进行的阶段，我们仍有好多重要信息有待发现，所以我们没理由将其发育成更晚的胚胎，”古穆西奥说道。科学家将这种胚状结构培养物保持了5天，对应到真实人类胚胎发育期大概是9到14天，虽然和真实胚胎有差异，但研究人员仍是依据14天法则，在对应的第5天停止了培养。
泽尼卡·格茨团队正尝试开发更完整的结构。2017年，格茨团将两种类型的小鼠干细胞组合起来进行培养：一种形成胚胎本身，一种有助于形成胎盘，后者称为滋养层干细胞。研究人员将培养物嵌在三维支架上，这种合成结构就像是胚胎着床后的环境。现在，研究人员正致力于用人类干细胞创造出一种类似的胚状结构。科学家可以借此更好地了解胚胎组织和胚胎外组织的相互作用，比如说胚胎和胎盘。
随着一些实验室开发出这些越来越复杂的合成模型，即所谓的胚胎，伦理问题正在日益凸显。“我认为这是一个灰色地带，”位于缅因州巴尔港的杰克逊实验室的干细胞生物学家马丁·佩拉（Martin Pera）说道。“我们应该如何看待这些正在发育的结构？”许多伦理学家和科学家都认为，目前进行的合成胚状体比较简单，因此不必一定遵守14法则。但是位于俄亥俄州克利夫兰的凯斯西储大学的生物伦理学家玄仁洙（Insoo Hyun）表示，“给胚状体的特点下定义本身就是一项挑战，比如说我们很难确定胚状体发育到什么程度或是出现何种特点才算是更加接近真实的胚胎。很难把握这个度，现在培养的胚状体可能已经超越了14天法则，比如说，你把它移植到子宫，它就能发育成更复杂的形态。”
数据重整
研究人员在研究后期阶段的解锁细节方面也取得了一些进展，组织染色和成像技术功不可没。在2016年《科学》（Science）上发表的一篇报告中，阿姆斯特丹大学医学中心的研究人员将华盛顿卡内基科学研究所保存的15000个组织切片进行数字化。这些组织切片是19世纪80年代到20世纪前半期期间从流产、手术和尸体解剖中获得的样本。荷兰的一项研究时间跨度超过了两个月，研究人员用数字技术追踪了单个切片上多达150个器官的轮廓，然后对截面进行调整对齐重新构建了原始胚胎的三维模型，这个三维模型可以当做活性数据集。
在高分辨率下研究胚胎已经有了一些发现，比如说，在胚胎学角度上看，肾脏的出现及发育要经历三个连续的阶段，先后是前肾、中肾和后肾，以前科学界都认为肾脏出现和发育的过程是从上往下发生的，后来有研究小组根据更新的技术发现，因为肾脏的生长速度和椎骨生长速度并不一样，所以肾脏的出现及发育的过程并不是单向的向下，而是上上下下的起伏式发育。
但是卡内基研究院收集的切片有个主要局限，就是缺少分子标记，这就使研究人员不容易区分出不同的细胞类型。为了克服这些问题，位于巴黎的法国国家健康与医学研究所的阿兰·切多尔（Alain Chédotal）在2017年发表了一份新的三维数据集。新的数据集包含36个胚胎和胎儿，这些胚胎和胎儿样本处在6到14星期的发育阶段。阿兰和其团队对捐赠的样本进行组织清理处理，这样就能使样本更容易在显微镜下成像，然后又进行着色以突出不同的细胞类型。
图注：随着神经的发展，左右手也有着不同的分支模式。（图/阿兰·切多尔；摩根·贝勒）
根据新的三维图像，研究人员能在高分辨率细节上观察神经、肌肉、肺和其他器官的发育过程。“就细节而言，这是前所未有的成果，”位于华盛顿的霍华德大学医学院鲁伊·迪奥戈（Rui Diogo）说道。迪奥戈对数据集进行了挖掘，了解到肢体肌肉的发展情况。
迪奥戈研究小组观察到手部和足部的一些肌肉会在发育过程中出现消失或融合，这些研究结果尚未发表。“当我们还是胚胎时，我们的肌肉和成年后的肌肉很不一样，”迪奥戈说道。此外，还有其他一些意想不到的发现，比如切多尔报告称，尽管左右手神经组织具有相似性，但在第7到11星期内，每只手的细的分支模式会沿着不同的路径进行发散伸展。
法则的去留
随着科学技术的改进，研究人员希望对人类早期发展有更多更深的了解，他们还希望阐明导致妊娠丢失和出生缺陷的原因。
研究人员对胚胎早期发育的研究日益清晰，这也使伦理问题越发凸显。也有一些人认为，随着泽尼卡-格茨和布里瓦卢的拓展型实验的进行，科学界和伦理学界应该重新审视14天法则。今年5月，莱斯大学贝克研究所健康与生物科学中心举行了一次会议，有30位美国科学家、伦理学家和其他专家参与了这次讨论，布里瓦卢和约翰斯顿也参加了，他们讨论了是否应该打破14天法则，以及打破后应该如何设置新的界限。“我认为最好还是遵守14天法则，如有特殊情况，可通过请愿书来破例，”与会的玄仁洙说道。
随着研究结果的不断积累，技术上的进步激起了科学家的兴趣，同时也加剧了他们的不安。“这是种惊奇而又敬畏的感觉，我们正在触及人类早期的秘密，因此很多人在道德上与伦理上产生了疑虑，”约翰斯顿说道。“这些疑虑是很好的提醒，即我们在培养皿中研究的东西绝非几个细胞那么简单！”
