Cell：开发出LoxCode技术，可在胚胎发育的早期阶段追踪细胞命运

在一项新的研究中，来自沃尔特和伊莉莎医学研究所的研究人员为生物学中最基本的神秘现象之一——细胞如何分裂并生长为构成人类身体的复杂结构---提供了新的见解。他们开发了一种复杂且领先的新技术，可在胚胎发育的早期阶段追踪细胞，因为它们分裂、迁移并专门进入维持我们生存的器官、组织和系统。相关研究结果发表在《细胞》杂志上。

这项名为LoxCode的创新技术为基因工程小鼠中的每个细胞赋予了数十亿个独特的DNA条形码之一，从而能够以前所未有的细节水平追踪这些细胞。这项研究为全球科学家更好地理解人类如何生长、愈合和抵抗感染开辟了新领域。

生命的蓝图比此前认为的形成得更早

令人惊叹的是，每个人的生命都始于一个单一的起始细胞（founder cell），即受精卵。从这个起始细胞出发，它分化出各种专业细胞，构建了从皮肤、大脑到血液、骨骼等所有组织。细胞如何决定自身命运以及它们之间的关联关系，长期以来一直是科学界的未解之谜。确定细胞将变成何种类型不仅对理解正常发育至关重要，还能帮助识别发育过程中何时及为何出现异常，从而导致疾病和紊乱。

论文通讯作者Shalin Naik教授表示，这项新技术已在全球众多实验室中应用，使科学家能够在胚胎发育的早期阶段追踪细胞的最终命运。

Naik教授说道，“当生命还只是由几百个细胞组成的球体时，我们发现有些细胞能够单独发育为身体的每一类组织，而另一些细胞则早已注定要成为特定类型的组织，如大脑、肠道、四肢或血液。最让我兴奋的是LoxCode技术带来的研究爆炸——并非每天都能创造出一种被广泛使用且具有改变我们对身体运作机制理解能力的工具，尤其是在最深层的层面。”

论文第一作者、LoxCode发明者Tom Weber博士说道，“有了LoxCode，每个细胞都被赋予了一个独一无二的手，由它的形成有机体的后代细胞继承。这创造了一个可追踪的条形码，使我们能够以前所未有的细节窥视这个基本过程。”

通过细胞祖先分析实现更佳治疗方案

通过追溯细胞至其祖先细胞，LoxCode为揭示发育障碍的早期根源指明了方向。作为这项研究的一部分，Naik及其研究团队开发了一种基因工程小鼠模型，使细胞能够通过现有的DNA测序技术进行条码标记和分析。

LoxCode将为生物医学和发育研究带来革命性变化，因为它能够在活体小鼠组织中按需生成多达300亿个随机DNA条码——这是现有技术的数万倍。

目前，全球众多研究项目正利用该模型探索广泛的研究问题，涵盖大脑发育、免疫细胞行为，以及中风后器官如何生长和组织如何再生等领域。

Weber 博士运用他在物理学、合成生物学和数学领域的专业知识，优化了LoxCode序列的设计，仅凭13个小型DNA片段即可生成超过300亿种条形码。他说，“LoxCode本质上是对小鼠每个组织中每个细胞的DNA祖先测试，使研究人员能够探索并揭开生命中的一些最大谜团。”（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Tom S. Weber et al, LoxCode in vivo barcoding reveals epiblast clonal fate bias to fetal organs, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.026.