人类胚胎CS9期是器官原基形成的“黄金窗口”，由于伦理规范的要求，尤其是技术瓶颈的限制，细胞时空动态难以解析。传统研究方法难以同时兼顾胚胎立体结构与细胞空间位置信息，动物模型也无法精准复现人类发育特性，研究挑战巨大，但该阶段研究意义却极为关键，不容忽视。
日前，中国科学院动物研究所联合国内外顶尖团队，依托华大时空组学技术Stereo-seq的超高清分辨率与全器官覆盖能力，首次实现了人类CS9胚胎的全器官三维分子重建。这项发表于Cell Stem Cell的研究，犹如为胚胎发育装上 “3D 摄像机”，以前所未有的精度解析了细胞如何在时间与空间维度上协同编织生命最初的蓝图，为理解先天性缺陷、干细胞分化调控等重大科学问题提供了里程碑式的数据资源。
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1. 研究对象：人类卡内基9期胚胎（受精后19-21天，处于神经管闭合、体节形成、心脏原基发育关键阶段）
2. 核心技术：
3. 样本规模：
空间转录组（Stereo-seq）：1例CS9人类胚胎横截面冷冻切片（75张，间隔取片）
单细胞RNA测序（scRNA-seq）：另取1例CS9胚胎制备单细胞悬液并测序
跨物种数据整合：CS8-CS11阶段的食蟹猴胚胎，E6.5-E8.5和E8.5阶段的小鼠胚胎以及10hpf-14hpf阶段的斑马鱼胚胎的单细胞转录组数据
01、后脑发育的双重起源：改写神经发育经典理论
传统观点认为后脑源于神经外胚层细胞，脊髓来自神经中胚层前体细胞（NMP）。但Stereo-seq三维定位显示，后脑后部既有神经外胚层来源神经元前体细胞，也有NMP衍生细胞，NMP不仅形成脊髓，还向上迁移参与后脑后部构建。此发现打破固有认知，揭示NMP在中枢神经系统模式形成中的核心作用。
02、NMP细胞的背腹分层：揭示谱系分界假说
学界对神经中胚层前体细胞（NMP）分化机制有“随机混合”与“空间区隔”两种假说。本研究借3D建模与空间定位，在分子层面给出答案：鉴定出NMP-N、NMP-M两个亚群，它们沿背腹轴分层分布，支持NMP内部有谱系分界假说。此发现既解学术争议，又凸显背腹轴作用，为干细胞相关研究提供新方向。
03、造血与生殖系统的发育起点大幅前移
传统认为胚胎尾部AGM区域造血干细胞（HSC）和原始生殖细胞（PGC）前体细胞到卡内基12期（约26 天）才聚集。本研究用Stereo-seq检测发现，CS9期（第19-21天）胚胎AGM区已有特异性基因表达模块。此发现将人类造血与生殖系统发育起点提前约5天，为研究相关先天性疾病提供新时间窗口。
空间转录组与3D建模的整合：从 “静态切片” 到 “动态胚胎”推动发育生物学研究范式变革：
利用Stereo-seq对人类CS9期胚胎开展空间转录组分析，并结合丰富的胚胎结构区域展示与基因表达分析，能够捕捉到器官发生的“启动瞬间”，为我们揭示了人类早期身体结构形成过程中分子与细胞的动态变化。
人类胚胎早期发育的研究，本质上是在破译生命最初的 “设计蓝图”。Stereo-seq 技术的应用，让科学家首次得以在细胞分辨率下 “三维漫游” 胚胎，观察基因表达如何随空间位置精准切换，细胞如何依时序协同构建器官原基。这项研究不仅为理解先天性疾病提供了钥匙，更预示着一个新的研究范式 —— 当 “时间” 与 “空间” 的维度被同时解析，生命科学正从 “盲人摸象” 式的碎片研究，迈向 “全景导航” 式的精准解码。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.04.007
数据平台：人类 CS9 胚胎时空组学数据库 https://cs9.3dembryo.com/
相关研究拓展：2024年4月，研究人员基于Stereo-seq等技术，数字3D重构了人类CS8时期的原肠胚模型，并鉴定关键位置的一系列细胞亚型。2025年1月，研究人员基于Stereo-seq等技术，数字3D重构了人类CS7时期的原肠胚模型。这些成果的涌现不仅彰显了时空组学技术Stereo-seq在胚胎发育中的巨大应用潜力，同时，也极大地促进了科研人员对原肠胚发育过程的理解，并为相关领域贡献了珍贵的数据资源。
