孕期第二周是胚胎发育的关键阶段，即胚胎产生。这一时期的发育失败是导致早期妊娠失败的主要原因之一。利用英国体外受精诊所自愿捐赠的剩余人类胚胎，科学家们在实验室中广泛地研究了植入前时期，即发育中的胚胎在受精后第七天植入母亲子宫之前的时期。然而，人们对人类胚胎植入后的发展知之甚少，因为胚胎在这个时候变得无法研究。

受精后9天在实验室里的人类胚胎。下胚层细胞（主胚胎外的一组细胞）向胚胎发出信息，启动了头尾体轴的发育。使用免疫荧光分析，下胚层细胞显示为绿色，这些细胞是不对称分布的。在胚胎的中心可以看到一个空腔，其标志是Podocalyxin的分泌（红色）和F-actin的堆积（白色），细胞核被染成蓝色。

2016年，现任加州理工学院生物和生物工程系Bren教授的Magdalena Zernicka-Goetz和她在剑桥大学的团队开发了一种技术，在植入后的母体外培养人类胚胎。这使得人类胚胎第一次可以被研究到发育的第14天。

在一项新的研究中，Zernicka-Goetz实验室的研究人员检查了在胚胎发育的这一早期阶段在分子水平上发生了什么。他们的研究结果提供了第一个证据，即位于胚胎外部的一个被称为下胚层细胞的圆盘状细胞群向胚胎发送了一个信息，启动了头尾体轴的形成，这使得以前对称的胚胎有两个不同的端点，一个是头，一个是"尾"。研究结果显示，尽管不同物种的胚胎细胞的定位和组织有很大的差异，但参与人类胚胎体轴形成的分子信号与其他哺乳动物相似。

这些结果在《自然通讯》杂志上发表的一篇论文中进行了描述。

Zernicka-Goetz说："我们揭示了发育中的胚胎刚刚植入子宫后的基因表达模式，它反映了胚胎在这些早期阶段发育时不同细胞类型之间的多种对话。我们正在寻找将使头部开始在胚胎中发育的基因对话，并发现这些对话是由下胚层的细胞发起的，这些细胞通常不会对构建身体本身作出贡献。它们向相邻的胚胎细胞发出信息，这些细胞的反应是：'好的，现在我们将把自己放在一边，发育成头端'。"

该研究通过对单个细胞制造的数以千计的信使RNA（mRNA）分子中的代码进行测序，确定了发育中的胚胎中的这些基因对话；mRNA分子被细胞机器翻译成执行重要功能和赋予细胞结构的蛋白质分子。这使研究人员能够捕捉到发育中的胚胎在植入子宫后不断变化的分子特征，并揭示出胚胎细胞在发育成最终产生人体所有器官的不同细胞类型时逐渐丧失多能性（产生任何类型细胞的能力）。

"我们的目标一直是使人们能够深入了解非常早期的人类胚胎发育，以了解我们的生命是如何开始的。"Zernicka-Goetz说："通过将我们培养人类胚胎的新技术与先进的测序方法相结合，我们已经深入研究了在人类发展的这一令人难以置信的阶段发生的关键变化，胚胎重塑在许多怀孕失败的时候做出关键决定。"