基于DNBelab C4和DNBSEQ測序技術，中科院、華大研究院等在單細胞領域重大突破在Nature發表

來源：生物探索作者：人氣：-發表時間：2022-03-23 09:28:00【大中小】

近日，中國科學院和深圳華大生命科學研究院等多家機構的研究者，通過體細胞誘導培養出了類似受精卵發育3天狀態的人類全能干細胞，這是目前全球在體外培養的“最年輕”的人類細胞，是繼科學家成功誘導出人類多能干細胞后，再生醫學領域的又一顛覆性突破。相關研究成果于北京時間3月22日凌晨在國際頂級學術期刊《自然》（Nature）上發表。

通過體細胞誘導培養出了類似受精卵發育3天狀態的人類全能干細胞
Nature官網截圖

今天，我們就來聊一聊這個成果。

在這項研究中，科學家發明了一種方法，可以通過“魔法藥水”將從人皮膚細胞誘導獲得的多能干細胞直接培養成為類似受精卵發育3天的樣子。

這是什么概念呢？

大家知道，我們的生命起源于受精卵，之后，隨著受精卵的無限分裂，不同的細胞發育成了我們不同的組織和器官，最終形成完整的人體。但已經分化成為某種組織和器官的細胞，就不具備分化成其他組織和器官的潛能了。

研究人員開發了一種“魔法藥水”，將皮膚細胞逆向誘導成為具有全能性的細胞。相當于讓“成年”版本的細胞返老還童，逆向轉化為具有更多可能性的“嬰兒期”版本的細胞。

不過，每個人的身高都是無法改變的，個子高或個子矮，我們都不用因此擔憂或慶幸，畢竟身高只是影響患癌風險的其中一個因素。只要我們平時注意作息規律，注意飲食健康，保持一個好心情，堅持鍛煉身體，癌癥就不會那么容易找上門。

“這些全能性的細胞重建了受精卵僅分裂3次后的胚胎狀態，相比過去的多能干細胞，這種細胞可以分化為胎盤組織，并可能發育成為更優質的各類身體組織，為全世界數百萬需要進行器官移植的患者帶來福音。”論文的通訊作者，中國科學院 Miguel A. Esteban 教授、Md. Abdul Mazid博士和李文娟博士表示。

“這個成果也是再生醫學和單細胞測序技術相結合的完美典范”，論文的另一位通訊作者、深圳華大生命科學研究院劉龍奇博士介紹說，“通過大規模單細胞多組學圖譜的方法，對干細胞技術手段在體外或體內獲得的細胞或組織進行高效鑒定，將極大地加速再生醫學領域的發展。”

其實，這不是科學家第一次在體外將體細胞誘導為干細胞。2012年，諾貝爾生理學或醫學獎頒發給了成功將已經成熟的體細胞誘導為多能干細胞的日本科學家山中伸彌(Shinya Yamanaka)。山中伸彌誘導得到的多能干細胞相當于是受精卵發育5-6天時的狀態，不同于全能干細胞，發育潛力比較受限。

大家知道，受精卵發育，每一天都至關重要。2天，它就會分裂成2個細胞，之后，幾乎每半天就會分裂一次，受精卵也就從1個細胞，變成了2個，4個，8個，16個……而全能性也會隨著這個過程持續減弱，當分裂到16個細胞之后，也就慢慢失去了全能性，每個具有全能性的細胞都有可能發育成一個個體，但失去全能性的細胞，就只能分化成某個組織和器官了。

而本研究首次獲得了相當于受精卵發育3天的胚胎細胞，比之前諾獎誘導的干細胞提前了2-3天！正是這2-3天的差距，讓誘導得到的細胞從多能干細胞變成了全能干細胞。這是迄今為止在體外獲得的最年輕的人類細胞，因此具備非常強的發育潛力。這項研究也將有助于解開人類胚胎早期發育的密鑰。

這次研究使得人們可以將“成年”版本的細胞，逆向轉化為具有更多可能性的“嬰兒期”版本的細胞。由于這次得到的全能細胞更接近受精卵的原始狀態，具有更高的全能性，若用于再生醫學，培養出來的器官也就越接近真實器官的狀態，更有利于移植。

這意味著，在科學家們的持續努力下，在未來，取一小塊你的皮膚（或抽一小管血液），就可以用你自己的細胞，定向培養出你需要的器官。這對解決器官短缺、異體和異種移植排斥反應等問題，都有著重大的意義。

這項研究的突破得益于單細胞測序技術的進步。在過去，要完成同樣的實驗，研究人員可能得對成千上萬個細胞進行處理和培養，然而成功的概率只有不到百分之十，無異于大海撈針。而如今，基于華大智造自主開發的單細胞建庫測序平臺（DNBelab C4）和華大智造DNBSEQ測序技術，科學家可以以低成本、高靈敏度和準確性的方法進行多維的單細胞分析，快速準確地得到具有潛能的細胞，從而開展下一步的研究。

通過實驗驗證，研究人員確定了誘導得到的全能干細胞和人受精卵形成3天后的胚胎細胞高度相似，并證明了該細胞具備全能性。這為未來使用患者本人細胞進行器官培養，并用于自身器官移植和替換，提供了科學依據。

通常，對于需要進行器官移植的病人來說，目前唯一的途徑就是尋找匹配的供體。但如果捐贈者的血清型與接受者的血清型差異太大，移植可能會失敗。

而通過基因編輯動物器官為人類提供器官來源的方法，現也處于起步階段。不久前，人類歷史上首個移植基因編輯豬心的患者大衛·貝內特（David Bennett），在接受手術約兩個月后，于美國當地時間3月8日去世，著實讓人惋惜。

目前，需要器官移植的患者人數和器官捐獻人數相差巨大，即便患者能夠順利走下手術臺，異體移植和異種移植帶來的排斥反應也是器官移植的一大障礙。希望在華大等全球科研和醫療機構的持續努力下，在不久的將來，器官移植也可以“自力更生”。

該研究由中國科學院和深圳華大生命科學研究院牽頭，由英國劍橋大學、吉林大學，以及孟加拉國拉杰沙希大學等多個研究團隊共同參與。Md. Abdul Mazid、Carl Ward、駱志偉和劉傳宇為該論文的共同第一作者；Miguel A. Esteban、李文娟、劉龍奇和Md. Abdul Mazid為論文的共同通訊作者。該研究受到國家重點研發計劃、中科院戰略先導項目、國家青年科學基金等項目支持。本研究已通過倫理審查，嚴格遵循相應法規和倫理準則。