本课题组聚焦人类早期胚胎发育调控，以解密“图纸”、创建“模型”、解析机制为核心思路，通过构建人类人工胚胎模型、体外大规模培养各类型干细胞，结合生化分子技术，揭示人类胚胎着床前至原肠运动这一"发育黑箱"阶段的关键生物学事件及其调控路径，并在此基础上整合院内优势资源，围绕“器官体外制造”、“合成胚胎”等世界科技前沿问题，展开课题研究。
发育生物学的先驱之一，刘易斯·沃伯特（Lewis Wolpert）曾这样说：“出生、结婚、死亡都不是你一生中最重要的时刻，原肠运动才是”。人类受精卵经过5-6天发育成囊胚，植入子宫后在约14天时开始发生胚胎原肠运动，这是脊椎动物发育的核心事件，奠定了整个胚胎发育的基础，其分子时空调控网络的解析是理解早期妊娠失败及胎儿畸形的关键源头。
本课题组通过单细胞多组学技术对植入后早期人类胚胎细胞进行系统鉴定，结合深度学习算法进行三维重构，建立全胚胎三维空间分布点云图，3D数字重构了不同时期的完整人类原肠胚，实现了原肠运动时期人类胚胎中每种细胞及分子信号的空间精准定位。工作发表后已多次被Nature，Cell，Cell Stem Cell等杂志文章引用，并被Cell杂志评选为“2024年Cell最佳论文”（Cell Best of 2024）。
近年来，基于多能干细胞建立的人工胚胎已经成为发育生物学领域的新兴技术。与精卵结合形成的自然胚胎不同，这一技术利用了多能干细胞发育成体内各种细胞类型的潜能，通过组装或者诱导分化从而在体外形成和自然胚胎相似的结构。结合基因编辑和高通量筛选等技术，人工胚胎技术将为破解“发育黑箱”问题，理解人类早期发育相关疾病提供了全新的切入点，并且人工胚胎可提供未来各组织器官的种子细胞，是实现器官体外制造的最可靠方式。
本课题组在人等哺乳动物干细胞体外诱导方向发表多篇重磅级文章，可实现不同类型胚内、胚外干细胞、不同组织的前体干细胞等体外大规模培养。通过对人类“原始态”干细胞信号通路进行时序性调控，并在优化的3D培养系统中使其自我组装、分化，成功获得 “人工囊胚”、“人工类原肠胚”等。其中“人工囊胚” 工作自发表后，被选为当期Nature杂志封面故事，同期Nature发表专题评论文章“首个完整人类胚胎模型”，充分肯定了该工作的创新性与科学价值，并入选“Science 2021年十大科学突破进展”、“2021年中国/世界十大科技进展新闻”、“Nature 2023七项重点关注技术”以及“Nature Methods 2023年度技术”。
目前课题组正在开发的“人工类原肠胚”可进一步模拟人类原肠运动过程，在体外维持“人类原肠胚”发育出与体内相似的体节、神经、肠管，乃至“跳动的心脏”等组织类型，该模型中产生的早期器官种子细胞将成为“未来器官体外制造”最可靠的细胞来源。
当前我国面临生殖障碍性疾病高发与人口老龄化加剧的双重挑战，其中胚胎反复着床失败、早期发育停滞及胎儿结构畸形等问题已成为导致生育率持续走低的重要因素。值得注意的是，人类围着床期至原肠运动阶段的胚胎发育异常与出生缺陷密切相关，但相关病理机制解析仍一片空白。人工胚胎技术的诞生则为解决上述问题提供了新思路，人工胚胎不仅伦理限制相对宽松，并且可与基因操作、高通量筛选等技术相结合，为体外研究人类早期胚胎发育相关疾病打开了一扇全新的大门。
本课题组已通过人工胚胎与子宫内膜类器官模型，体外模拟囊胚着床过程，并对胚胎与子宫组织之间的cross talk进行解析。通过着床模型的制作，结合大规模药物筛选，可为反复种植失败患者提供个性化的药物指导方案。
其他尚在开展的包括，与国内外多家医院合作，从病人组织获得iPSC细胞，并且通过类器官构建技术，构建脑类器官、心脏类器官、肠管类器官、肝胆胰等类器官，解析疾病发病原理，并可与基因工程、高通量药物筛选结合，为病人提供个性化药物治疗方案。
欢迎对干细胞或器官移植技术感兴趣的同学加入我们课题组。
