干細(xì)胞研究是當(dāng)今世界生命科學(xué)研究的前沿，為人類應(yīng)對(duì)健康挑戰(zhàn)提供了新的技術(shù)和新的思路。胚胎發(fā)育、細(xì)胞重編程是研究細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變的兩個(gè)核心體系，而表觀遺傳調(diào)控在其中發(fā)揮重要作用，不僅是當(dāng)今生命科學(xué)領(lǐng)域最前沿的科學(xué)問題之一，而且是我國(guó)基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)突破方向。

近日，同濟(jì)大學(xué)細(xì)胞干性與命運(yùn)編輯前沿科學(xué)中心在細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變的科學(xué)研究中，基于華大智造測(cè)序設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化設(shè)備、單細(xì)胞平臺(tái)以及時(shí)空組學(xué)STOmics技術(shù)，利用早期胚胎發(fā)育和細(xì)胞重編程體系，系統(tǒng)解析了表觀遺傳修飾在調(diào)控基因表達(dá)進(jìn)而影響細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變的分子機(jī)制，探究生命發(fā)育和動(dòng)物克隆的科學(xué)奧秘。

科企合作助力

探索細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變的前沿問題

同濟(jì)大學(xué)細(xì)胞干性與命運(yùn)編輯前沿科學(xué)中心，是教育部首批批復(fù)立項(xiàng)的前沿科學(xué)中心之一。在同濟(jì)大學(xué)已有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)上，前沿中心聚焦干細(xì)胞領(lǐng)域系統(tǒng)性、前瞻性、緊迫性的重大科學(xué)問題，緊密圍繞細(xì)胞命運(yùn)的分子調(diào)控、基于干細(xì)胞的器官構(gòu)建、干細(xì)胞臨床轉(zhuǎn)化研究三大核心方向開展科研攻關(guān)，取得一系列重大原創(chuàng)性突破。

同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院高亞威教授課題組主要關(guān)注早期胚胎發(fā)生過程中細(xì)胞命運(yùn)的表觀調(diào)控機(jī)制，她強(qiáng)調(diào)：“單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)能夠檢出細(xì)胞異質(zhì)性信息，為復(fù)雜系統(tǒng)的分子動(dòng)態(tài)檢測(cè)提供了可能。在單細(xì)胞研究當(dāng)中，由于樣本的稀缺性和脆弱性，需要對(duì)獲得的新鮮樣本進(jìn)行及時(shí)處理，避免長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)?。因此，建立本地化的測(cè)序平臺(tái)，成為解決這一問題的關(guān)鍵?！?/span>

目前，同濟(jì)大學(xué)“細(xì)胞干性與命運(yùn)編輯”前沿科學(xué)中心配備了華大智造單細(xì)胞液滴生成儀DNBelab C-TaiM 4、高通量測(cè)序儀MGISEQ-2000、自動(dòng)化移液工作站MGISP-100等先進(jìn)的一站式工具與平臺(tái)，進(jìn)一步助推該中心科研成果的產(chǎn)出與應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

華大智造單細(xì)胞產(chǎn)品組合，逐步獲得科研工作者的青睞，該產(chǎn)品組合可實(shí)現(xiàn)對(duì)單細(xì)胞測(cè)序?qū)嶒?yàn)操作流程的整體把控，根據(jù)研究進(jìn)展和實(shí)際需求靈活的開展單細(xì)胞測(cè)序。華大智造單細(xì)胞液滴生成儀DNBelab C-TaiM 4能夠高效賦能全球生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室開啟規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化的單細(xì)胞多組學(xué)研究，后續(xù)也將助力同濟(jì)大學(xué)進(jìn)一步提升單細(xì)胞領(lǐng)域的科研能力。

而華大智造MGISP-100自動(dòng)化樣品制備系統(tǒng)搭配MGISEQ-2000測(cè)序儀，能夠更好地滿足高通量和快速便捷的測(cè)序需求。MGISP-100作為一款高通量測(cè)序領(lǐng)域的自動(dòng)化工作站，搭載了8通道移液器，可對(duì)樣本進(jìn)行批量處理，使實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員能夠從耗時(shí)繁瑣的程序中解放出來(lái)，不僅有助于增加文庫(kù)制備的穩(wěn)定性，而且降低了總運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)也全面提升了實(shí)驗(yàn)室的整體工作效率。

推動(dòng)用人工智能的方法

系統(tǒng)解析細(xì)胞命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)制

前沿科學(xué)中心搭建了單細(xì)胞測(cè)序和時(shí)空組學(xué)多組學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合開發(fā)的單細(xì)胞、空間組學(xué)數(shù)據(jù)分析的人工智能方法，系統(tǒng)解析細(xì)胞命運(yùn)決定的調(diào)控機(jī)制。

目前中心已經(jīng)開發(fā)了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法SCRIP，通過構(gòu)建單細(xì)胞多組學(xué)整合和預(yù)測(cè)算法，同時(shí)收集整合領(lǐng)域內(nèi)發(fā)表的大量的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，建立人工智能大語(yǔ)言模型，開發(fā)了人類腫瘤微環(huán)境分析平臺(tái)TISCH、人類正常組織分析平臺(tái)HUSCH以及基于深度學(xué)習(xí)的細(xì)胞定義算法SELINA，推動(dòng)用人工智能的方法定量的解釋細(xì)胞身份的意義，或基于深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞身份定義等。

“我們實(shí)驗(yàn)室研究的重點(diǎn)是開發(fā)單細(xì)胞空間組學(xué)數(shù)據(jù)分析的人工智能方法?！蓖瑵?jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授王晨飛教授表示：“我們將持續(xù)深入解析細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控的最終機(jī)制，我們也有幸獲得華大時(shí)空組學(xué)青年科學(xué)家激勵(lì)計(jì)劃的支持，對(duì)于我們開展臨床科學(xué)方面的課題研究，提供了高精度的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的視角，這將為我們帶來(lái)更多的創(chuàng)新型的研究成果。期望能和華大智造一起協(xié)同合作提供重要且有力的工具，有效的實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)發(fā)展?！?/span>

DCS三大技術(shù)賦能，同濟(jì)大學(xué)發(fā)布

“功能性類囊胚構(gòu)建”研究成果

長(zhǎng)期以來(lái)，由于倫理和技術(shù)的限制，對(duì)植入階段胚胎發(fā)育及相關(guān)疾病的研究進(jìn)展緩慢。以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的胚胎體外模擬技術(shù)為科研人員提供了良好的平臺(tái)，特別是類囊胚的構(gòu)建很大程度上允許研究人員對(duì)植入前到植入后的連續(xù)過程進(jìn)行操作和觀察。

2022年7月，同濟(jì)大學(xué)高紹榮課題組在Protein & Cell（IF=15.328）雜志在線發(fā)表題為“Bilineage embryo-like structure from EPS cells can produce live mice with tetraploid trophectoderm”的研究論文。該項(xiàng)研究闡述了EPS-blastoids存在植入后發(fā)育缺陷的原因和機(jī)制，并進(jìn)一步進(jìn)行了功能性類囊胚的構(gòu)建嘗試。值得一提的是，該研究基于華大智造DNBelab C系列和DNBSEQ測(cè)序平臺(tái)完成單細(xì)胞建庫(kù)實(shí)驗(yàn)及測(cè)序。

為了弄清EPS-blastoids不能進(jìn)行正常的胚胎發(fā)育的機(jī)制，作者利用顯微捕獲切割從ICM結(jié)構(gòu)分離出TE-like結(jié)構(gòu)，通過scRNAseq檢測(cè)轉(zhuǎn)錄水平變化。研究人員發(fā)現(xiàn)EPS-blastoids由于缺乏真正的TE譜系細(xì)胞而無(wú)法實(shí)現(xiàn)植入后發(fā)育，其TE-like結(jié)構(gòu)是由PrE譜系細(xì)胞構(gòu)成的。該研究進(jìn)一步使用包含EPI和PrE譜系細(xì)胞的BLES與四倍體胚胎的TE重新構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了可育小鼠的產(chǎn)生。這項(xiàng)研究為功能性類囊胚的建立提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

華大自主研發(fā)的時(shí)空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq，作為當(dāng)前生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿工具，深度融合了空間信息和分子層面的組學(xué)數(shù)據(jù)，為理解細(xì)胞類型、組織結(jié)構(gòu)以及它們?cè)谏矬w中的功能提供了新視角。在干細(xì)胞研究領(lǐng)域，時(shí)空組學(xué)技術(shù)在細(xì)胞類型的精確識(shí)別與定位、細(xì)胞命運(yùn)的調(diào)控機(jī)制、胚胎發(fā)育、再生醫(yī)學(xué)、疾病模型的建立與研究等方面都發(fā)揮著重要作用。

自2021年起，“細(xì)胞干性與命運(yùn)編輯”前沿科學(xué)中心便引入時(shí)空組學(xué)技術(shù)，基于該技術(shù)“高分辨、大視場(chǎng)、多組學(xué)、全物種”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，深入探索干細(xì)胞研究領(lǐng)域的時(shí)空奧秘。同時(shí)，對(duì)于常見的不同形狀、不同大小的組織切面，都有可適配的時(shí)空芯片。2022年，時(shí)空組學(xué)技術(shù)在同濟(jì)大學(xué)完成了本地化的實(shí)驗(yàn)落地，研究人員得以更方便的組織、開展實(shí)驗(yàn)，并能更高效地獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

“我們?cè)谂c華大智造的合作當(dāng)中，感受到了中國(guó)智造的魅力和蓬勃的生命力，所以我們也非常期待中國(guó)的科研工作者能夠在未來(lái)使用更多的國(guó)產(chǎn)化的設(shè)備和試劑?！备邅喭淌诒硎尽?/span>

未來(lái)，華大智造將始終秉承“創(chuàng)新智造引領(lǐng)生命科技”的理念，在DCS三大領(lǐng)域中——基因組學(xué)（DNA Omics，簡(jiǎn)稱“D”）、細(xì)胞組學(xué)（Cell Omics，簡(jiǎn)稱“C”）、時(shí)空組學(xué)（Spatial Omics，簡(jiǎn)稱“S”），幫助科研人員同時(shí)在DNA、細(xì)胞、組織等不同維度，對(duì)樣本進(jìn)行批量處理和成體系化的研究，深入解析細(xì)胞干性與命運(yùn)編輯機(jī)制的復(fù)雜性和異質(zhì)性。華大智造也將持續(xù)為全球用戶提供超高通量、超低成本、智慧集成的強(qiáng)大工具，以科技創(chuàng)新賦能生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展。