2025年1月28日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院彭廣敦研究團隊在《細胞·報告》（Cell Reports）發表重要研究成果，成功開發出名為“DuTracer”的新型單細胞譜系示蹤技術。該技術通過巧妙結合兩種基因編輯工具CRISPR-Cas9和Cas12a，顯著提升了細胞譜系追蹤的精度和深度，為解析胚胎發育、器官再生及疾病機制提供了全新工具。
在生物學中，細胞譜系示蹤類似于繪制“細胞家族樹”，可追溯細胞從起源到分化的完整歷程。傳統方法常因技術限制導致信息記錄不全，而基于CRISPR的基因編輯技術雖提高了分辨率，卻存在“靶點間大片段刪除”的難題——這如同在記錄家族歷史時丟失了關鍵代際信息。 ?
DuTracer的創新之處在于同時利用Cas9和Cas12a兩種核酸酶，并通過控制它們的激活時間，有效避免多靶點同時編輯引發的干擾。實驗顯示，該技術在小鼠胚胎干細胞和類器官模型中成功降低了90%以上的有害刪除事件，記錄的細胞分裂層級更深，能更精準地還原細胞分化路徑。
研究團隊在HEK293T細胞和小鼠胚胎類器官中驗證了DuTracer的性能。結果顯示，該技術不僅能清晰區分心臟細胞的不同起源（如第一心域和第二心域），還首次揭示了“神經中胚層前體細胞（NMPs）”的分化偏好性。例如，轉錄因子Foxb1被確認為促進NMP向神經譜系分化的關鍵調控因子，其缺失會導致神經發育受阻，而中胚層特征增強。
彭廣敦研究員表示：“DuTracer為單細胞水平的譜系追蹤設立了新標準。它不僅適用于胚胎發育研究，未來還可用于解析癌癥轉移、器官再生等復雜過程。”團隊計劃進一步優化技術，探索其在人類類器官和動物模型中的應用。
論文通訊作者為中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院彭廣敦研究員，第一作者為助理研究員陳城、博士后廖遠鑫和博士生朱淼。研究獲國家重點研發計劃、國家自然科學基金及廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目支持。
DuTracer設計及其在類器官中的應用示意圖
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