中外团队联合突破 可编程细胞分化平台解锁合成生物学新可能

一项跨越国界的科研合作近日取得重大突破，中国科学院深圳先进技术研究院研究员团队联合哈佛大学团队，成功构建出基于重组酶的可编程细胞分化与比例控制平台。该平台可通过“预设规则”，引导单一祖细胞自主生成多种子代细胞，并能精准定量调控细胞的分化比例和顺序，相关研究成果已发表在国际期刊《自然》上，为合成生物学领域的技术革新注入强劲动力。

合成生物学作为前沿交叉学科，近年来在细胞行为调控领域持续突破，但长期以来面临着一个核心难题：当调控的细胞类型增多时，系统复杂度会急剧上升，同时缺乏对子代细胞比例的精准控制，难以实现细胞“会分化”且“按比例分化”的目标，这一困境严重制约了该领域在多个场景的应用推进。

为破解这一行业痛点，研究团队经过持续攻关，前期率先开发出一套能够引导细胞“分岔选择”的分化装置。这套装置如同为细胞装上精准的“导航指示牌”，当诱导信号出现时，可引导细胞沿不同路径分化，最终形成两类具有不同“命运”的子代细胞。经过不断优化完善，该装置的调控能力大幅提升，将子代细胞的比例调控范围拓展至约0.1%至99.9%，实现了细胞分化比例的精准可调，如同一个灵活的“细胞调色盘”，可根据需求调配不同比例的子代细胞。

在精准调控的基础上，研究团队进一步构建了数学模型，该模型可根据已设计的“开关”结构，精准预测最终细胞分化的比例，彻底改变了过去细胞分化依赖反复试验摸索的传统模式，推动细胞分化研究从“经验驱动”走向“理性设计”，实现了“可设计、可预测”的重大跨越，这也是定量合成生物学所强调的核心能力。

基于前期的技术积累，研究团队将系列相关技术进行整合升级，最终构建出基于重组酶的可编程细胞分化与比例控制平台。该平台的核心优势不仅在于能够精准调控细胞分化结果，更在于可进一步设计细胞之间的比例关系和分工方式，让分化后的细胞不再是孤立存在的个体，而是能够形成协同作用的细胞群体。

该平台的实际应用价值在纤维素降解场景中得到充分体现。研究团队将平台应用于纤维素降解研究时发现，平台不仅能够引导祖细胞分化出不同功能的子代细胞，还能让这些细胞实现高效“分工合作”，各自承担不同的降解任务，在保持整体降解效率的同时，显著降低了单个细胞承担全部功能的负担，充分展现出定量合成生物学在复杂细胞群体设计中的巨大应用潜力。

作为一项跨学科、跨国界的科研成果，这款可编程细胞分化与比例控制平台的成功构建，不仅破解了合成生物学领域长期存在的细胞调控难题，更将细胞分化从“被动执行”推向“主动调控”的新高度。其创新意义在于，将复杂多细胞系统中“细胞分化比例”这一关键参数，转化为可预测、可计算、可工程化设计的对象，为复杂多细胞系统的理性构建提供了全新方法。该平台所开辟的技术路径，将有力支撑活体材料、类器官构建、智能生物制造等领域的发展，为相关产业的创新突破提供坚实技术支撑，彰显了中外科研合作的强大合力与中国在合成生物学领域的创新实力。