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云南网 走近云南省科学技术杰出贡献奖获得者 | 季维智:走在国际灵长类研究最前沿

发布日期:2023-07-19 点击量:

今天,是属于创新者的新时代;

此刻,是褒奖创新的荣耀时刻。

7月18日,云南省科学技术奖励大会在如潮的掌声中举行,授予季维智、杜官本云南省科学技术杰出贡献奖。

“惟创新者进,惟创新者强,惟创新者胜”。当前,云岭大地科技创新大潮澎湃汹涌,时代呼唤创新,创新大有可为,你追我赶的韧劲、锲而不舍的坚持、突破极限的奋战、不断钻研的匠心……让我们走近云南省科学技术杰出贡献奖获奖者的背后,感受科学家精神的脉动,聆听科学家劈波斩浪的声音,致敬了不起的科学家!

“以非人灵长类研究为切入点,是探索人类生命发育奥秘的核心。”深耕灵长类生物医学研究41年的中国科学院院士、欧洲科学院院士、昆明理工大学特聘教授季维智院士,取得了系列研究成果,为我国在灵长类研究跻身世界先进行列发挥了积极作用。

2014年,在Cell发表的基因编辑猴的论文入选2014年世界十大科技进展,成为2014年世界最成功的8大事件之一,对推动疾病机理研究和治疗产生深远影响。

2019年,创造了世界首次,实现了食蟹猴胚胎体外20天的培养,有助于加深人们对早期着床后胚胎发育的理解。

2020年,发表人胚胎体外三维培养,对解密灵长类胚胎原肠运动有新的重要发现。

2021年,人-猴嵌合体胚胎对首次成功构建,对器官的体外构建有重要指导作用。

……

一路走来,季维智院士及其团队努力成为“引领者”,站在国际灵长类研究的最前沿。

季维智院士长期坚持灵长类生物医学研究,在Cell、Nature、Science等著名期刊发表SCI论文百余篇,围绕早期胚胎发育调控,干细胞多能性和人类疾病的猴模型及致病机理等科学问题,形成了体外受精、胚胎早期发育、基因编辑以及干细胞等系统研究体系,并在灵长类生殖和发育的分子机制,干细胞的自我更新和分化调控等方面都有新的发现。在国际上首次证实了灵长类胚胎干细胞具有多能性,为干细胞的临床应用提供了依据;首次实现了基因编辑灵长类动物模型,为基因编辑技术的临床应用奠定了基础;对揭秘灵长类胚胎早期发育的“黑匣子”有了新的重要发现。

灵长类动物模型助力人类复杂疾病治疗

“鉴于在生理及行为学方面与人类的高度相似,人类疾病的灵长类动物模型对探索疾病的致病机理和治疗有重要意义。”基于对灵长类动物生殖生理的长期研究和建立的系统生殖技术体系,季维智团队在2010年成功实现了转基因猴,成为当时中国第一家、国际上第三家实现转基因猴的实验室,为后续的靶向基因编辑技术在灵长类的应用打下了坚实基础。

2014年,季维智团队在国际上首次报道食蟹猴和猕猴基因编辑模型,使我国在该领域激烈的国际竞争中处于领先。此后,又利用靶向基因编辑技术在灵长类动物基因同源重组(基因敲入)取得了突破,引领了国际灵长类动物模型的研究。

“早衰症是一种罕见的遗传疾病,会导致儿童极端过早衰老,目前缺乏有效治疗手段。”季维智院士告诉记者,由于患者的组织、细胞和分子表型与人类生理性衰老非常类似,该遗传疾病的研究为科学家探究人类衰老的秘密提供了重要的途径。

在不断探索与努力下,季维智团队首次成功构建了单碱基基因编辑技术建立的早衰症的猴模型,再现了患者的临床和细胞分子表征,并可从分子、细胞和组织器官水平解析细胞衰老如何引发机体衰老的过程和机理,有力推动人类早衰症发病机制和基因治疗的研究。

除了早衰症外,团队还构建了Rett综合征猴模型,帕金森病(PD),杜氏营养不良症(DMD)等疾病猴模型,利用基因编辑猴模型解决了其它动物模型(如啮齿类)中无法回答的致病机理问题,为疾病机制的探索和治疗提供了可靠基础。

灵长类胚胎早期发育研究取得重要突破

由于理论和技术的局限,人类胚胎着床后的发育是一个“黑匣子”。

季维智团队在国际上首次开发了人胚胎三维培养系统,系统研究了原肠前人胚胎和多能干细胞的发育过程,绘制了原肠前人胚胎的分子和形态发育全景图,填补了相关领域的空白。

该体系对探索人原肠前胚胎发育开辟了崭新的研究平台,为人类早期胚胎发育异常等重大疾病的临床药物研发和再生医学的发展提供了潜在的新工具,该技术未来结合人干细胞自组装为胚胎等技术,将进一步解析胚胎分化过程以及相关的信号通路调控,为人类深入认识胚胎发育机制提供了重要数据。

此外,团队还发现了灵长类胚胎原肠运动的重要科学事件原肠运动是生命发生与发育最关键的事件,与器官的发生、发育、分化密切相关。

季维智团队实现了食蟹猴胚胎体外20天的培养,培养胚胎呈现出了与体内发育胚胎高度一致的形态学与基因表达特征,解析了灵长类胚胎着床后特别是原肠运动时期重要的分子与细胞生物学事件。

研究结果有助于加深人们对早期着床后胚胎发育、胚层分化和器官发生的理解、揭示早期胚胎发育的“黑匣子”,对于细胞替代性治疗及器官再生研究也具有指导意义。

创新灵长类多能性胚胎干细胞理论和技术

作为我国最早开展灵长类干细胞研究的学科带头人,季维智院士对胚胎干细胞分离、信号通路对干性维持和自我更新等都有系列研究和新发现,为灵长类多能性胚胎干细胞系的建立和相关研究奠定了良好的基础。建立了三维培养体系,促进了猴和人干细胞规模化生产;建立了灵长类成纤维细胞直接转分化为端脑神经上皮干细胞的体系,并验证了移植干细胞在灵长类动物体内的安全性和有效性。

干细胞多能性是干细胞研究最重要的研究内容之一,获得多能性胚胎干细胞是研究多能性以及保证干细胞自我更新和分化的关键基础。在此之前,仅有啮齿类成功分离了能够形成嵌合体的多能性胚胎干细胞。异种嵌合,特别是人-动物的异种对研究人干细胞多能性和器官构建都有重要意义。

在猴胚胎和人胚胎体外长时间体外培养体系的基础上,季维智团队首次获得了人-猴嵌合胚胎。评估了人扩展多能性干细胞(hEPS)在食蟹猴中的嵌合能力,其嵌合能力远远高于以往人与远缘物种的嵌合。发现hEPS可以嵌合进入食蟹猴胚胎,并可以伴随着胚胎发育进入原肠运动。

该成果解答了异种嵌合细胞如何互作及发育程序差异如何调节等基础科学问题,为解决异种嵌合效率低下等问题提供新的思路,对器官再生研究具有指导意义,受到国际社会广泛关注。研究论文成为 Cell 系列杂志年度最受关注的十篇论文之一。

这一成果,不仅为系统研究胚胎干细胞多能性,也为满足医疗需求在体内外再生人类功能的组织器官提供了坚实基础。

“生物医药产业是关系国计民生的新兴产业。”季维智表示,云南是动物王国,为研究类器官、异种嵌合等前沿科学研究提供了坚实基础。以干细胞、基因编辑等为代表的前沿生物技术拥有广阔前景,期待未来能在云南建立一个灵长类生物医学产业链,为人们的生命健康保驾护航。

策划:杨萍

记者:张琦敏

视频:许卓皓 陈思蒙

设计:奎佳良

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