从一滴血、一把尿中“变”出干细胞，在猪体内培育人类肾脏，绘制覆盖整个生命周期的“细胞家谱”——这些看似科幻的场景，正在中国科学院广州生物医药与健康研究院（简称“广州健康院”）的实验室里一步步成为现实。
发育与再生医学是广州健康院的四大核心研究方向之一，也是其最具国际影响力的优势领域。依托“人类细胞谱系大科学研究设施”这一国家级平台，该院在细胞命运调控、化学重编程、异种器官再造等前沿方向取得了一系列突破性成果，正试图回答生命科学中最根本的问题：细胞从何而来、向何而去，以及如何让“失控”的细胞重回正轨。
一、改写细胞“身份”：化学重编程的全新路径
在发育生物学中，细胞的分化被认为是一条“单行道”——从一个全能性的受精卵，逐步走向功能专一的体细胞，这个过程曾经被认为是不可逆的。2006年，日本科学家山中伸弥发现，通过导入四个转录因子，可以将体细胞“逆转”回多能干细胞状态，这一革命性发现开启了再生医学的新纪元。
但广州健康院的科学家们走得更远。2026年4月，该院张满研究员团队在国际顶级期刊《Cell Research》发表了一项重磅成果：首次实现利用化学小分子，将已经分化的小鼠植入后上胚层细胞直接重编程为具有完整发育潜能的全能性细胞，且无需经过多能性中间状态。
这项研究的突破性在于“直接”和“化学”两个关键词。传统重编程通常需要引入外源基因，存在安全隐患；而该团队研发的“DNALB”五种化学小分子组合，仅用24小时就能将分化细胞转化为全能性细胞，效率高达39.4%。更重要的是，研究证明存在一条完全独立于多能性网络的直接通路——这是对细胞命运转化机制认知的重要更新。
为验证这些细胞的“全能性”，团队进行了严格的嵌合体实验。结果显示，单个重编程细胞在胚胎中同时贡献了胎儿、胎盘和卵黄囊——这是证明细胞具有完整发育潜能的“金标准”。
与此同时，该院陈捷凯研究团队在表观遗传调控机制方面也取得了重要进展。该团队揭示了RNA m6A修饰在指导异染色质形成中的新机制，阐明了其对全能性重编程的关键作用，相关成果荣获2024年度广东省科学技术奖自然科学奖一等奖。
二、绘制“细胞家谱”：人类细胞谱系大科学设施
如果说重编程是让细胞“时光倒流”，那么细胞谱系研究就是为每个细胞绘制一份完整的“人生轨迹图”。人体约有40万亿个细胞，每个细胞从受精卵开始，历经增殖、分化、迁移、衰老直至死亡的全过程，就是它的“细胞谱系”。
2025年3月，由广州健康院牵头建设的国家“十四五”重大科技基础设施——人类细胞谱系大科学研究设施在广州国际生物岛正式启动建设。这座总建筑面积超5万平方米的“国之重器”，将系统性地解析人体40万亿细胞的发育、疾病与衰老过程，绘制涵盖三大维度的数字化细胞谱系。
“这就像为生命编写一部详尽的‘细胞家谱’，让科学家乃至公众都能清晰追踪每个细胞的‘前世今生’。”广州健康院副院长、细胞谱系设施总指挥孙飞如此形容。
该院彭广敦教授团队正是这一设施的“探路者”。团队长期深耕空间组学原创技术开发，已成功构建覆盖小鼠胚胎全发育周期的单细胞与空间组学数据库，实现超200万个高质量细胞的精准分型，系统揭示了多能干细胞发育调控网络，并发现了可用于体外器官重建的新型组织干细胞。
这些工作的终极目标是构建“数字生理人”——一个高精度单细胞级别的人体数字模型。通过回溯、模拟、预测疾病细胞谱系演化，科学家不仅可以在数字人体中“试药”，还能精准定位病变的关键驱动靶点，有望突破药物研发长期面临的“死亡之谷”。
三、再造人类器官：异种嵌合与干细胞治疗的突破
发育与再生医学的终极目标，是为患者“制造”出可以移植的健康器官。在这个领域，广州健康院做出了令世界瞩目的成果。
2023年9月，该院潘光锦团队、戴祯团队等合作在国际顶尖期刊《Cell Stem Cell》发表封面论文，首次在猪体内成功培育出人源化中肾。研究团队将人类干细胞注入经过基因编辑的猪胚胎——这些猪胚胎被敲除了肾脏发育的关键基因，为人类细胞“腾出位置”。在移植入代孕母猪后，嵌合胚胎成功发育出人类细胞占比最高达70%的肾脏结构。
这一成果的意义在于：证明了在大型动物体内培养功能性人类器官的可行性，为解决全球性的器官短缺问题提供了全新路径。据不完全统计，国内每年因终末期器官功能衰竭等待移植的患者达30万，而每年开展的器官移植手术仅2万余例，供需缺口巨大。异种嵌合技术有望从根源上改变这一困境。
在干细胞治疗领域，广州健康院同样积累了深厚的技术储备。早在2018年，该院就因“病人特异性功能干细胞获取及致病基因精准修复”项目获得广东省自然科学奖。团队建立了利用患者尿液细胞高效获取多能干细胞和神经干细胞的技术体系，并开发了致病基因精准修复方法。这意味着，未来或可用患者自身的细胞“定制”修复后的健康细胞进行移植，从根本上避免免疫排斥问题。
此外，该院在人工血液细胞制备、小直径人工血管等方向也取得了关键技术突破。这些成果大多已跨越原理验证阶段，进入关键技术突破乃至产品原型开发的关键期，为临床转化奠定了坚实基础。
从化学重编程的基础理论突破，到细胞谱系设施的国家战略布局，再到异种器官再造的临床前探索——广州健康院在发育与再生医学领域已形成一条“基础研究-平台支撑-转化应用”的完整创新链条。
这条链条的每一个环节都在回答同一个核心问题：如何让细胞按照人的意愿“生长”出健康的组织与器官？随着细胞谱系大科学设施的建成运行，以及更多原创性成果的涌现，这一梦想正在粤港澳大湾区加速照进现实。
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