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空间谱系示踪与类器官实验体系的发展2026-11-13 09:04:25

这类方法具有较高的空间直观性,但以荧光报告为主的克隆标记在同时区分大量独立谱系时受到编码容量限制,因此难以进一步解析复杂组织中大量克隆之间的亲缘关系。随着合成遗传记录技术的发展,谱系信息开始由有限数量的荧光标记转变为具有更高组合复杂度的分子记录,并通过原位成像重新定位至组织空间。intMEMOIR利用Bxb1丝氨酸整合酶对多状态遗传记忆单元进行随机且不可逆的重组,通过多个记录单元的组合增加可区分的谱系状态,并利用单分子荧光原位杂交在原位读取记录结果,从而在保留细胞空间位置的同时重建谱系关系。这一策略使空间谱系示踪由直接观察少量标记克隆进一步发展为在单细胞尺度读取更复杂的谱系历史。

在此基础上,空间谱系分析进一步由共同来源细胞的定位转向克隆结构及其与细胞状态和局部环境关系的解析。Lomakin等建立碱基特异性原位测序,通过原位检测亚克隆特异性体细胞变异重建乳腺癌克隆的空间结构,并结合转录和组织学特征分析不同亚克隆的微环境差异。近期,SpaceBar进一步将组合式合成条形码与成像型空间转录组结合,在单细胞尺度同时获得克隆身份和空间基因表达信息,使克隆内在差异与局部环境对细胞状态的影响能够在同一体系中进行比较。因此,基于成像的空间谱系示踪已逐渐由早期的克隆可视化发展为对谱系来源、细胞状态和组织微环境的联合解析。
 
前述单细胞多组学和空间技术拓展了谱系信息的读取维度,但对细胞命运形成过程的研究还需要能够进行长期培养、连续观察和条件干预的实验体系。体内模型能够保留完整的生理环境,但在人类发育研究中进行遗传操作和动态观察仍存在一定限制。类器官由多能干细胞或组织来源干/祖细胞在三维培养条件下,经增殖、分化和空间自组织形成,可在一定程度上再现相应组织的结构、细胞组成及发育特征。同时,类器官具有长期培养和遗传操作的兼容性,可与基因编辑、单细胞分析及谱系示踪等技术结合,因此为研究细胞命运和克隆动态提供了兼具组织相关性和实验可控性的体外体系。
 
出自《细胞示踪技术的研究进展与展望》作者王佳佳,千亿,李文昊。