图 单细胞数字胚胎技术解析早期器官发生机制
在国家自然科学基金项目（批准号：32030017、31970626）等资助下，东南大学林承棋、罗卓娟团队联合国内多家机构，在单细胞数字胚胎构建领域取得新进展，创建了单细胞精度三维数字胚胎，发现了中、内胚层器官原基决定区，阐明了中、内胚层器官原基形成的独特微环境信号网络，相关成果以“小鼠早期器官发生期完整胚胎数字重建（Digital Reconstruction of Full Embryos During Early Mouse Organogenesis）”为题，于2025年6月18日在线发表于《细胞》（Cell）杂志上。论文链接为：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00622-1。
1924年，Spemann和Mangold发现胚胎发育中的“组织中心”（organization centre，主要调控外胚层器官原基形成），于1935年荣获诺贝尔生理学或医学奖。近期，东南大学林承棋和罗卓娟团队首次构建了覆盖小鼠原肠运动后期至器官原基形成期的单细胞精度三维数字胚胎，实现了器官发生动态进程的多维度解析。基于该数字胚胎，研究系统揭示了跨胚层信号调控网络，成功解码了中、内胚层器官原基决定区（Primordium Determination Zone, PDZ）。
在哺乳动物胚胎发育中，源自原肠胚的内、中、外三胚层协同启动器官发生。在早期器官发生阶段，大规模程序化的细胞特化事件（如心管、原始肠管及头褶的形成）依赖于高度协调的细胞迁移、命运决定及跨胚层信号传递，从而构建器官空间发育的初始框架。该阶段对发育干扰因素高度敏感，是研究胚胎器官形成与先天性畸形的关键窗口。为解析器官原基如何从胚层起源这一核心问题，研究团队聚焦其细胞微环境动态，发现小鼠胚胎E7.75时期（中、内胚层器官原基形成关键窗口期）的胚内-胚外交界处存在一个独特的信号“洼地”——器官原基决定区（PDZ）。PDZ紧邻的胚内、胚外部分分别具有高浓度的信号抑制分子和激活性配体分子，但区域内呈现低信号活性"洼地"，表达多种受体信号基因，形成其易于接收多胚层信号的调控输入，驱动心脏与前肠等器官原基协同发育的微环境。通过空间组学技术，研究人员揭示了PDZ作为汇聚跨胚层信号枢纽的核心作用，即通过整合WNT、BMP与FGF等通路，将微环境信号转化为基因选择性表达指令，驱动器官原基形成。该项研究揭示了哺乳动物中、内胚层器官原基调控规律，为先天性心脏病等出生缺陷的防治提供理论基础。