赶超诺奖！华大助力干细胞科技，成熟细胞“重回娘胎”仅需2-3天

2022年3月22日，中国科学院华大基因研究院的科学家和合作伙伴在《自然》杂志上发表了一项世界级首创的研究，宣布发现了一种无转基因、快速、可控的方法，可将多能干细胞转化为真正的8细胞全能胚胎样细胞，为器官再生和合成生物学的进步奠定了基础。

华大基因研究人员与来自中国、孟加拉国和英国的国际团队一起，使用华大基因先进的单细胞测序技术，将多能干细胞或早期胚胎细胞的“成人”版本转化为更“幼年”的版本，捕获人类合子基因组激活并保留所有具有发育潜力的谱系的细胞（最年轻的细胞）。

我们都知道人体起源于一枚受精卵，受精卵相当于具备全能型分化能力的干细胞，称为胚胎干细胞。胚胎干细胞不断分裂分化，由1-2个、2-4个、4-8个、8-16个这样分化成人体的组织和器官，最终分化发育为一个完整的人体。而随着细胞的分化发育、全能型细胞的干性逐渐减弱，变为多能型再到单能型。

胚胎干细胞分化示意图

华大基因这一研究成果在于，他们通过一种神奇的“魔法药水”结合基因测序技术，将单能型细胞逆转为全能型细胞（胚胎状态），而这一过程对比诺奖得主山中伸弥的IPS技术的5-6天的时间，大大缩短提前至2-3天。

山中伸弥用（c-Myc、klf4、Oct4、Sox2四种基因）导入细胞，使成熟的细胞恢复干性，重拾了原始干细胞的能力。

研究人员表示，这些细胞未来可用于再生医学，为等待器官移植的患病的再造器官，以减少世界对器官捐赠的依赖。它们也可用于生成人造胚泡或胚状体，还可用于研究人类胚胎发育，帮助治疗早期发育相关疾病，并防止流产。

虽然将多能干细胞转化为囊胚内的内细胞团样细胞的技术已经存在了一段时间，但这项研究是研究人员首次建立在人类发育周期中，将多能干细胞真正转化为早期阶段的方法，这与8 细胞胚胎相匹配，这将有助于扩大对早期人类胚胎发育的理解。至关重要的是，研究人员随后能够证明转化的细胞可以在体内产生胎盘细胞——这也是世界首次。

“全能8细胞期胚胎样细胞仅在3次分裂后就重建了受精卵的胚胎状态。与已报道的多能干细胞相比，这些细胞不仅可以分化为胎盘组织，还可能发育成更成熟的器官，为全球数百万需要器官移植的患者带来福音。”论文的作者是中国科学院的 Miguel A. Esteban 教授、Md. Abdul Mazid 博士和李文娟博士。

“这一突破也是再生医学与单细胞测序技术相结合的完美范例，”该论文的另一位通讯作者、华大基因研究院的刘龙奇博士说。“通过大规模的单细胞多组学结合干细胞技术对体外或体内获得的细胞或组织进行高效、精确的鉴定，将极大地加速再生医学的研究。”

处于早期发育阶段的细胞可以称为“全能型”细胞，这意味着它们有可能产生所有类型的早期胚胎细胞，进而产生发育所必需的组织和器官。该研究建立在先前在胚泡阶段对多能干细胞的研究基础上，此时细胞有可能产生更有限范围的不同细胞和组织。

该研究的突破得益于单细胞测序技术的发展，而华大基因在该技术方面处于世界领先地位。其单细胞文库测序平台结合其测序技术，能够以低成本实现高灵敏度、高准确度的广泛、多维度的单细胞分析。

该研究背后的国际团队采用多能干细胞并用化学混合物对其进行处理，以产生8细胞胚胎样细胞。在其他实验中，这些细胞被分选并注射到小鼠体内进行进一步发育，然后使用华大基因的单细胞基因组分析进行分析。这项创新技术帮助科学家识别和分离目标 8 细胞胚胎样细胞，并证明它们具有“全能”的能力，可以在体内产生参与产生胎盘的细胞。

研究人员取得的进展最终可能使个体化器官再生成为现实。通常，对于需要器官移植的人来说，唯一可用的途径是寻找匹配的供体，而该方案并非万无一失。如果供体的血型与受体的差异太大，移植可能会失败。而通过基因编辑使动物器官移植到人类身上的单独程序也处于起步阶段。

这一成果也为早期胚胎发育的基础研究提供了一个新的体外研究体系，帮助科学人员了解早期胚胎发育与疾病发生的关系，为出生缺陷和各种遗传发育性疾病的研究和治疗提供了资源。

参与该研究的研究机构包括中国科学院广州生物医药与健康研究所、华大基因研究院、大学 剑桥大学、长群吉林大学和孟加拉国拉杰沙希大学，该研究在进行之前获得了伦理许可。

参考文献：

[1] https://www.nature.com/articles/s41586-022-04625-0

本文作者 | 摩西

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