历时27年攻关打开胚胎发育“黑匣子” 我科学家绘制早期发育图谱并解析胎盘支撑机制获奖

人类胚胎发育是生命科学中最神秘的过程之一。

从受精卵到完整个体的演变涉及数万亿细胞的精密协调,其中胎盘如同胚胎生长的"土壤",为其提供营养、保护和支持。

然而,人类早期胚胎发育的具体规律长期笼罩在科学的迷雾中,特别是受精后第14至28天的发育过程一直被称为研究的"黑匣子"。

这一研究困境的根源在于多重制约。

人类体内胚胎极其难以获取,体外培养面临严格的伦理界限,导致该领域长期缺乏有效的研究模型。

传统的研究方法无法突破这些障碍,使得科学家们对人类胚胎发育的分子机制、细胞命运决定以及胎盘的支持功能等关键问题知之甚少。

这不仅限制了基础科学的发展,也制约了对出生缺陷、反复妊娠失败等临床疾病的深入理解和有效干预。

中国科学院动物研究所器官再生与智造全国重点实验室的研究团队,由王红梅、黄仕强、郭帆、王雁玲和于乐谦等科研人员组成,他们以非凡的科学勇气和创新思维,用27年的时间系统攻关这一世界性难题。

研究团队采取了独特的研究策略:以灵长类动物食蟹猴为模型生物,重点采集覆盖"黑匣子"起始及中晚期阶段的胚胎样本,开展深入的系统性解析。

通过这一突破口,研究团队成功揭示了灵长类动物原肠运动及早期器官发生的过程,为进一步研究人类胚胎奠定了坚实基础。

在此基础上,研究团队进一步突破技术瓶颈,获取了人类"黑匣子"阶段的宝贵胚胎样本。

他们借助空间测序和深度学习等前沿技术手段,全景式捕捉人类胚胎的发育特征,首次实现了人类早期胚胎各个细胞中基因的精准空间定位和动态追踪。

这一突破性进展使研究团队得以建立人类早期胚胎发育的三维数字化动态解析体系,从分子层面精确解析了人类胚胎原肠运动的分子事件及其调控机制。

这个完整的数字化图谱为探究人类极早期胚胎发育提供了全新视角,标志着人类对自身发育过程认识的重大飞跃。

在胚胎发育的"土壤"——胎盘的研究方面,研究团队以小鼠、猴和人的胎盘为研究对象,利用谱系示踪等先进技术,成功解析了胎盘从第一个细胞出现到完整功能形成全过程的关键事件及机制。

这些研究进展为胎盘支持胚胎和胎儿发育的代谢表观调控机制研究开辟了新思路,为子痫前期等妊娠相关疾病的干预提供了潜在的新策略,具有重要的临床转化价值。

为了克服人类自然胚胎研究的局限性,研究团队基于前期基础研究成果,利用灵长类动物胚胎构建了人类胚胎发育的体外模拟体系,以此解析发育相关疾病的机制,研发诊疗策略。

同时,基于多能干细胞的特性,研究团队成功构建了高度模拟人类自然胚胎发育过程的人工合成胚胎。

更为创新的是,他们利用人工合成胚胎和在微流控芯片上构建的人类子宫类器官,体外成功模拟了人类胚胎着床过程。

这些体外模拟体系为发育相关疾病的源头机制研究及潜在诊治策略开发提供了全新的研究工具,为出生缺陷疾病模型的搭建奠定了重要基础。

研究团队的工作成果已在多个方面产生了重要影响。

他们针对小脑症和妊娠失败等疾病提出了潜在的诊疗策略,为科学防治胚胎发育障碍相关疾病提供了重要的理论依据和模型平台。

同时,研究团队成员在国际学术舞台上发挥了重要作用,担任英国剑桥大学胎盘研究中心学术委员会委员、国际胎盘联盟委员会委员等职务,参与国际干细胞研究学会人工合成胚胎伦理准则的制定,发起并牵头中瑞生殖健康大科学项目,创立并举办多届中国生殖健康国际研讨会,大力推动生殖发育的国际交流与生殖医学转化的国际合作。

这项跨越四分之一个世纪的研究,不仅揭开了生命起源的神秘面纱,更彰显了我国科学家攻坚"卡脖子"基础科学问题的决心。

从实验室的微观发现到临床应用的宏阔前景,科研工作者正以严谨求实的科学精神,为提升全民生殖健康水平筑牢基石。

在人口发展战略与健康中国建设的大背景下,此类原创性突破将持续为人类生命科学研究注入中国智慧。