发育与分化

CRISPR 在发育与分化中的应用

CRISPR 在发育与分化中的应用

从胚胎发生、器官发生到谱系定向与再生
CRISPR 驱动的发育生物学研究创新

从多能干细胞(PSC)经三胚层定向分化为多个人体组织类器官(脑、心、肠、胝、肺等),并配套功能验证策略与生物医学应用(含疾病建模、药物筛选与个性化医疗)。

(Sahu and Sharan.,2020)

解码构建生命个体的发育程序

发育过程由一套层级化的基因调控程序所主导——形态发生素浓度梯度、信号通路串扰、染色质重塑与谱系决定性转录因子协同作用,将单个细胞转变为结构完整、高度有序的生命个体。

这些程序的调控异常会导致先天性疾病、发育缺陷、不育以及儿科疾病。因此,理解发育基因网络的运作机制,既是基础生物学的核心命题,也是再生医学发展的关键前提。

传统研究手段能够观察发育表型,却难以建立驱动表型产生的基因与表型之间的因果联系。而基于 CRISPR 的基因组编辑技术可对发育调控因子进行精准操控,使研究者能够在功能层面系统拆解构建组织与器官的发育程序。

CRISPR 技术正在从以下方面变革发育生物学研究:

CRISPR 技术变革发育生物学研究的四大能力
· 胚胎发生与器官发生:绘制驱动胚胎与器官形成的基因网络图谱。
· 谱系定向与细胞命运:鉴定细胞命运决定与谱系特化的关键决定因子。
· 再生与细胞可塑性:研究细胞如何重编程、去分化并重建受损组织。
· 发育障碍建模:构建高保真的先天性疾病与发育缺陷模型。

艾迪基因为发育与分化研究提供整合式 CRISPR 解决方案,覆盖从通路解析、细胞模型工程到功能验证的完整项目链条。

应用一:胚胎发生与器官发生
绘制构建组织与器官的基因网络图谱

胚胎发生通过一系列精密编排的事件——体轴特化、原肠运动、胚层形成与器官发生——将受精卵转变为具有特定图式的完整个体。CRISPR 筛选与精准编辑技术可对调控这些基础性事件的基因网络开展系统性拆解。

面向发育调控因子的全基因组 CRISPR 筛选
· 鉴定控制早期胚胎发生的关键基因
· 发现原肠运动与胚层特化调控因子
· 器官特异性发育程序的功能图谱绘制
形态发生素梯度与图式形成研究
· 形态发生素信号分析(BMP、Wnt、SHH、FGF)
· 体轴与图式形成研究
· 组织边界特化研究
器官发生模型工程
· 基于类器官的发育模型构建
· 组织特异性基因扰动系统
· 发育时序与协同调控分析
主要应用
· 发育调控因子发现
· 胚胎发生机制研究
· 器官发生通路分析
· 先天缺陷建模
艾迪基因解决方案
· 全基因组及定制化 CRISPR 筛选
· 条件性与诱导型编辑系统
· 类器官基因组工程
· 功能性表型分析
应用二:谱系定向与细胞命运决定
鉴定细胞命运的关键决定因子

细胞命运决定由谱系决定性转录因子、先驱因子以及染色质状态转变共同驱动,逐步收窄细胞的发育潜能。CRISPR 激活、干扰与筛选策略可对这些命运决定因子进行系统性鉴定与操控。

谱系决定性因子发现
· 面向谱系诱导的转录因子筛选
· 先驱因子的鉴定与验证
· 命运决定因子层级关系绘制
细胞命运重编程
· 定向转分化研究
· 多能性诱导与维持机制研究
· 命运转换效率优化
谱系追踪与命运图谱绘制
· 基于 CRISPR 的谱系记录系统
· 内源报告基因敲入构建
· 克隆命运与谱系贡献分析
主要应用
· 谱系决定因子发现
· 细胞命运重编程
· 谱系追踪与命运图谱绘制
· 干细胞分化分析
艾迪基因解决方案
· CRISPRa/i 筛选文库
· 内源报告基因敲入
· iPSC 基因组编辑
· 谱系追踪系统开发
应用三:再生与细胞可塑性
解析组织实现自我重建的机制

再生过程需要细胞感知损伤信号、重新进入增殖或重编程状态,并重建丢失的组织结构。部分物种具备完整器官再生能力,而哺乳动物再生能力有限——这一差异由特定的遗传程序决定,CRISPR 可对其进行系统性解析并尝试重新激活。

再生相关基因发现
· 再生能力决定因子的筛选
· 损伤应答调控因子鉴定
· 组织修复程序图谱绘制
细胞可塑性研究
· 去分化与转分化分析
· 可塑性限制机制研究
· 阻碍再生的染色质屏障研究
再生模型工程
· 损伤与修复模型开发
· 促再生靶点验证
· 比较再生学研究
主要应用
· 再生调控因子发现
· 组织修复机制分析
· 细胞可塑性研究
· 促再生靶点发现
艾迪基因解决方案
· 再生模型中的 CRISPR 筛选
· 损伤与修复模型开发
· CRISPRa 激活筛选
· 功能性验证研究
应用四:发育障碍建模
构建先天性疾病研究模型

发育障碍源于破坏形态发生、图式形成与分化程序的遗传变异。CRISPR 可将患者来源变异精准引入明确的遗传背景,构建同基因型模型,从而揭示特定突变如何使发育过程偏离正常轨道。

发育疾病变异建模
· 患者变异位点敲入构建
· 同基因型对照模型制备
· 变异功能学评估
发育毒理学研究
· 致畸原应答分析
· 发育通路扰动研究
· 剂量–效应与时相效应建模
表型与分子层面分析
· 发育表型表征
· 转录组与表观组谱图分析
· 挽救与抑制因子筛选
主要应用
· 发育障碍建模
· 变异功能分析
· 发育毒理学研究
· 治疗靶点验证
艾迪基因解决方案
· Flash-KI 精准敲入平台
· 患者来源 iPSC 编辑
· 同基因型疾病模型构建
· 表型与分子层面分析
面向发育与分化研究的整合式 CRISPR 工作流

从基础发现到转化研究,艾迪基因支持完整的发育研究流程:

研究领域 关键科学问题 CRISPR 策略 艾迪基因支持
胚胎发生与器官发生 哪些基因驱动胚胎与器官形成? CRISPR 敲除、CRISPRi/a、筛选 发育筛选、类器官模型
谱系定向 细胞命运决定由什么控制? CRISPRa/i 筛选、报告基因敲入 谱系报告系统、iPSC 模型
再生研究 组织修复与可塑性由何决定? 激活筛选、基因敲除 损伤模型、再生检测
发育障碍 变异如何破坏发育过程? 变异如何破坏发育过程? 同基因型模型、变异分析
为何选择艾迪基因开展发育与分化 CRISPR 研究?

全链路基因组工程解决方案 —— 艾迪基因提供可靠的 CRISPR 解决方案,支持从研究构想到验证模型的完整发育生物学研究。

平台优势
先进的基因编辑平台
包括 FLASH-KO™、FLASH 递送平台、Bingo™ 先导编辑、Flash-KI 精准敲入平台,满足多样化基因改造需求
专有 sgRNA 设计算法
自有 sgRNA 设计算法,持续优化靶向效率并降低脱靶风险,确保稳定可靠的编辑表现
丰富的项目经验
累计完成 3,000+ 基因编辑 CRO 项目,覆盖 400+ 种细胞类型,在细胞基因组工程领域积累深厚专业经验
全面的编辑模式
支持基因敲除、敲入及精准突变编辑,灵活应对广泛的生物学研究需求
干细胞与类器官基因组工程
具备干细胞与类器官基因组工程能力,为疾病建模与功能研究提供更具生理相关性的模型
快速执行与灵活定制
项目执行周期短,定制化方案灵活,可在保证质量的前提下加速交付
一体化工作流程
覆盖从编辑设计到功能验证的一体化工作流,包括 sgRNA 设计、编辑、克隆筛选、测序验证及功能表征
专业的技术支持团队
超过 10 年的基因编辑经验,可从容应对从简单到复杂的各类编辑需求
以 CRISPR 之精准,加速发育生物学研究新发现

从绘制构建胚胎与器官的基因网络图谱,到鉴定细胞命运决定因子、解码再生机制、构建先天性疾病模型,艾迪基因以可靠的 CRISPR 技术赋能研究者,共同推进下一代发育生物学研究。

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