中新社深圳3月19日電 (記者 索有為)中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院19日發(fā)布消息稱，該院研究員鐘超團(tuán)隊聯(lián)合哈佛大學(xué)團(tuán)隊構(gòu)建出基于重組酶的可編程細(xì)胞分化與比例控制平臺，可通過“預(yù)設(shè)規(guī)則”讓單一祖細(xì)胞自主生成多種子代細(xì)胞，并能定量調(diào)控該細(xì)胞的分化比例和順序。
該平臺有望為活體材料、類器官構(gòu)建、智能生物制造等領(lǐng)域提供新的技術(shù)路徑。相關(guān)研究成果當(dāng)日發(fā)表在《自然》雜志上。
合成基因線路通過重組酶開關(guān)和反饋控制，對細(xì)胞群體比例進(jìn)行程序化調(diào)控。(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院供圖)過去，合成生物學(xué)雖在一定程度上能調(diào)控細(xì)胞行為，但當(dāng)細(xì)胞類型增多時，系統(tǒng)復(fù)雜度會迅速上升，同時也缺乏對子代細(xì)胞比例的精準(zhǔn)控制。如何讓細(xì)胞“會分化”“按比例分化”，一直是該領(lǐng)域難題?；诖耍芯繄F(tuán)隊前期開發(fā)出一套能夠引導(dǎo)細(xì)胞“分岔選擇”的分化裝置，當(dāng)誘導(dǎo)信號出現(xiàn)后，細(xì)胞會沿不同路徑分化，最終形成兩類不同“命運”的子代。
為實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控，團(tuán)隊對這一裝置進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，最終將子代細(xì)胞的比例調(diào)控范圍拓展到約0.1%至99.9%。據(jù)此，團(tuán)隊建立的數(shù)學(xué)模型可根據(jù)已設(shè)計的“開關(guān)”結(jié)構(gòu)預(yù)測最終細(xì)胞的比例。這意味著細(xì)胞分化從過去更依賴試驗摸索，開始走向“可設(shè)計、可預(yù)測”。
在進(jìn)一步研究中，研究團(tuán)隊將系列技術(shù)整合成一種基于重組酶的可編程細(xì)胞分化與比例控制平臺。在該平臺，研究人員不僅能夠調(diào)控細(xì)胞分化結(jié)果，還能夠進(jìn)一步設(shè)計細(xì)胞之間比例關(guān)系和分工方式。
研究團(tuán)隊在將該平臺用于纖維素降解中時發(fā)現(xiàn)，平臺不僅能夠讓細(xì)胞“分出來”，還能讓細(xì)胞“分工合作”，進(jìn)一步展現(xiàn)出定量合成生物學(xué)在復(fù)雜細(xì)胞群體設(shè)計中的應(yīng)用潛力。
研究團(tuán)隊表示，將繼續(xù)提升該平臺的穩(wěn)定性、精度和可擴(kuò)展性，并進(jìn)一步引入細(xì)胞“對話”、自反饋調(diào)控和環(huán)境響應(yīng)模塊，推動其在工程活體材料、類器官構(gòu)建、組織工程和智能治療系統(tǒng)中的應(yīng)用驗證。(完)