用“生命照相机”拍张照片，华大等单位构建全球首个单细胞精度小鼠“3D数字胚胎”

理解早期胚胎发育机制，是研究胚胎期疾病起源、器官发育异常的关键，对预防出生缺陷等至关重要。6月18 日，一项相关成果在国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）发表。

东南大学联合华大生命科学研究院、福建省妇幼保健院、四川大学、香港中文大学（深圳）等机构组成的科研团队利用华大时空组学技术Stereo-seq，构建出全球首个单细胞精度的小鼠“3D数字胚胎”，并首次揭示了影响小鼠心脏、前肠等器官原基发育的关键信号。该研究成果为哺乳动物早期器官发育提供重要参考图谱，更为先天性心脏病等出生缺陷防治提供基础科学依据。

图源：Cell 官网

据介绍，在哺乳动物的胚胎发育过程中，从原肠运动后期到器官发生早期极为脆弱，大约30%的出生缺陷，如先天性心脏病、神经管畸形等，均与该阶段细胞的相关变化有关。

研究团队表示，该阶段的胚胎结构精细且体积微小，仅1-2毫米，精确测定每一个细胞的空间定位与基因表达水平变得极为关键。因此，研究团队借助被誉为“超广角百亿像素生命照相机”的Stereo-seq技术，对小鼠原肠运动后期至器官发生初期三个关键时间点的六个完整胚胎进行连续切片和测序，并成功捕获了104343个高质量细胞，构建了高分辨率的三维动态“数字胚胎”，准确还原了脊索、原条、原结等组织的形态特征。

在这张生命图谱中，研究团队发现，胚内-胚外交界处的关键信号通路对心脏和前肠器官发育起着决定性作用，一旦发生异常，将导致后续器官发育畸形。并且，研究团队在后续深入的研究中，找到了理解心脏早期发育过程中细胞亚型的分化和空间排列的重要依据，这将有助于深入解析心脏原基形成的早期细胞行为和分子机制。

研究团队构建的小鼠“3D数字胚胎”，图源：Cell 官网

此外，研究团队揭示了小鼠胚胎从原肠运动后期到器官发生早期肠道细胞类型的动态变化、空间分布及关键基因表达特征，解析了原始肠管形成的早期事件和细胞亚型的时空特征，为理解肠道发育机制提供了重要依据。

文章共同通讯作者、华大生命科学研究院副院长方晓东表示：“得益于华大时空组学Stereo-seq 500nm的高分辨率的独特优势，本次研究重建了首个完整的、单细胞分辨率的3D数字化胚胎，为早期器官发生提供了重要见解，并为研究发育和疾病提供了数据资源和技术方法。目前Stereo-seq技术已广泛应用于组织器官的3D图谱构建，帮助进一步加深我们对器官结构和功能关系的理解。”

编辑 钟诗婷 审读 张蕾 二审 周梦璇 三审 彭健