8日凌晨，中科院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生化與細胞所）景乃禾等多位科學家歷時8年，成功繪制小鼠早期胚胎發(fā)育過程中高精度的細胞“繁衍”三維立體時空圖，該研究發(fā)表于《自然》雜志上。這一研究是對數(shù)十年來被廣泛認可的經(jīng)典發(fā)育生物學層級譜系理論的重大修正和補充。
“在早期胚胎發(fā)育階段，受精卵先發(fā)育成囊胚，再由囊胚形成外、中、內(nèi)3個胚層。”景乃禾說，“外胚層最終發(fā)育成機體的神經(jīng)、皮膚等組織，中胚層發(fā)育成心臟、血液、肌肉和骨骼等組織，內(nèi)胚層則發(fā)育成肺、肝、胰腺和腸等內(nèi)臟器官。”受精卵到囊胚，再到形成各組織器官，細胞“家譜”揭示了細胞的繁衍、分化過程，對干細胞再生醫(yī)學相關領域的發(fā)展非常重要。
根據(jù)傳統(tǒng)細胞“家譜”，內(nèi)胚層細胞全部由上胚層發(fā)育而來，一些特定的中胚層和外胚層細胞沿不同分化路徑而來。然而，景乃禾團隊經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，有一部分內(nèi)胚層細胞極有可能“越過”上胚層直接來自于原始內(nèi)胚層，原本被認為沿不同分化路徑而來的中胚層和外胚層細胞，則可能有著共同的“前身”。這些新發(fā)現(xiàn)顛覆了人們對傳統(tǒng)“細胞家譜”的認知。
基于先進的單細胞測序技術，景乃禾研究團隊通過一種全新技術方法——分別選取小鼠早期胚胎中不同空間位置和不同發(fā)育時間的細胞進行轉(zhuǎn)錄組學分析，經(jīng)數(shù)千次嘗試，最終成功繪制了同時包含時間、空間信息的高精度細胞“成長軌跡”三維立體圖，新的“成長軌跡”圖有助于人們完善肝臟、胰腺、脊髓等器官中細胞的分化體系，或?qū)⒏膶憘鹘y(tǒng)細胞“家譜”，為未來分化得到人類器官中的干細胞提供新的可能途徑。