季维智,男,汉族,1950年6月生,研究员,中国科学院院士,欧洲科学院院士,省部共建非人灵长类生物医学国家重点实验室主任,昆明理工大学灵长类转化医学研究院院长,中国细胞生物学会干细胞生物学分会会长,博士生导师,长期从事灵长类生殖与发育生物学研究。“世界经济论坛全球未来理事会”理事(2016-2018),“国家干细胞研究指导协调委员会”专家,“国家重大科学研究计划生殖与发育专家组”成员(2006-2014),“国家实验动物研究委员会”专家组成员和973项目首席科学家。1978-1982年就读于云南大学生物系,1983-2012年中科院昆明动物研究所研究员,其中1987-1989年赴美国俄勒冈国家灵长类研究中心做访问学者,1995-1997年任美国威斯康星大学动物医学与生物化学系客座教授,1996-2005年任中科院昆明动物研究所所长,2005-2008年任中科院昆明灵长类研究中心主任。2014年至今,在昆明理工大学工作。
季维智院士长期坚持灵长类生殖发育生物学的研究,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,形成了从体外受精、胚胎早期发育、基因编辑以及干细胞等系统研究体系。率先在基因编辑灵长类动物模型取得重大突破,并获得了na?ve猴多能性干细胞。实现了灵长类(人和猴)胚胎体外延长培养,解析了灵长类胚胎发育原肠发生与发育的重要事件,获得全球首例人猴嵌合体胚胎。在 Cell,Science, Nature, Cell Stem Cell,PNAS等杂志以通讯作者或第一作者发表 SCI 论文 100 余篇,其中,2014 年在 Cell 发表的基因编辑猴的论文被评价为人类疾病模型建立的里程碑性工作、入选 2014 年世界十大科技进展(MIT Technology Review)、2014 年 Cell 最佳论文(Cell)、 2014 年世界最成功的 8 大事件之一(Nature)。2021年发表的全球首例人猴嵌合胚胎被Nature、Cell杂志评选为“2021年最佳科学图片”。曾获“2015年中国细胞生物学会终身贡献奖”、“2019年何梁何利基金科学与技术进步奖生命科学奖”、“2021年中国细胞生物学学会干细胞生物学分会杰出贡献科学家奖”。2021年,发起成立“灵长类研究创新联盟”,联盟的成立对该领域人才培养、科学研究、成果转化、临床应用等产生重要的积极推动作用。
2023年5月11日,季维智院士团队与昆明理工大学谭韬、陈永昌,中国人民解放军总医院刘兵以及得克萨斯大学西南医学中心吴军合作,在Cell在线发表了题为“Ex utero monkey embryogenesis from blastocyst to early organogenesis”的研究论文。该研究开发了一种嵌入式3D培养系统,成功延长了食蟹猴胚胎的体外培养时间,实现了体外培养的猴子胚胎在很大程度上再现了体内发育的关键事件,描绘出了猴子神经诱导、侧板中胚层分化、卵黄囊造血、原始肠道和原始生殖细胞样细胞发育的谱系轨迹和遗传程序。
那么单细胞受精卵如何转化为具有不同细胞表型的生物体?
在哺乳动物中,胚胎发育过程中会建立和丧失多能性,多能性是一种特性,使得胚胎外胚层细胞能够产生成年生物体中的所有细胞。通过改变培养条件,多能外胚层细胞可以在体外维持一系列多能干细胞状态。这些动态的多能干细胞状态具有特定的分子和功能特征,对于探索哺乳动物早期发育以及在再生医学方面具有重要意义。
然而,目前的多能干细胞模型存在一些局限性,其中一个显著的区别是缺乏与胚外细胞的相互作用。因此,当前的多能干细胞模型可能受到一些限制,如不同步和无组织的分化以及不受限制的生长。此外,尽管我们已经了解到胚外组织在胚胎发育的不同阶段起着重要作用,但它们与胚外内胚层细胞之间的交流机制仍然不清楚。
为了克服这些局限性,研究团队从小鼠和食蟹猴囊胚中提取了早期植入后和原肠胚前干细胞,并在相同的培养条件下进行研究。这种方法利用了激活 FGF、TGF-β/Smad 和 WNT/β-catenin 信号通路的培养条件,创造了宽松的微环境,使得胚胎干细胞、胚胎外内胚层干细胞和滋养层干细胞能够在独立培养和共培养中自我更新。这为研究它们之间的直接交流提供了新的途径。
研究团队还通过培养人类多能性干细胞并获取稳定的胚外内胚层细胞系,为跨物种比较分析提供了平台。通过对不同物种的分析,团队找到了保守调控的关键基因,并发现了一些之前未报道过与原始内胚层发育相关的基因。进一步的实验表明,这些新发现的功能基因在不同物种的多能性维持中起着重要作用。
总的来说,这项研究成功地提取了小鼠和食蟹猴囊胚中的胚胎干细胞、胚胎外内胚层干细胞和滋养层干细胞,并揭示了胚外内胚层细胞通过细胞外基质信号传导对多能细胞的生长抑制作用。此外,通过跨物种分析,团队还确定了调节胚胎外内胚层细胞的共享和独特的转录因子和途径。这项研究为开发更真实的胚胎模型和设计更符合发育的分化方案提供了希望。
此外,2023年12月4日,季维智院士团队与得克萨斯州西南医学中心吴军、昆明理工大学谭韬、以及中国农业大学魏育蕾共同通讯,在Cell在线发表了题为“Dissecting embryonic and extraembryonic lineage crosstalk with stem cell co-culture”的研究论文。该研究利用激活FGF、TGF-b和WNT通路的统一培养条件,成功地从小鼠和食蟹猴囊胚的三种基础组织中获得了胚胎干细胞(FTW-ESCs)、胚胎外内胚层干细胞(FTW-XENs)和滋养细胞干细胞(FTW-TSCs),为胚胎和胚胎外干细胞的共培养策略提供了新的范式,有助于人们深入理解早期胚胎发育的复杂调控模式。
这两项研究成果标志着季维智院士团队在细胞生物学领域取得了重要的突破,为胚胎发育和细胞共培养领域的研究提供了新的思路和方法。
今年之前,2014年2月13日,季维智院士团队与合作单位在Cell在线发表题为“Generation of gene-modified cynomolgus monkey via Cas9/RNA-mediated gene targeting in one-cell embryos”的研究论文,成功将CRISPR/Cas9系统应用于食蟹猴基因组,实现了对单细胞期胚胎中基因的精确靶向修饰。该系统还展示了同时破坏两个靶基因的能力,并未观察到脱靶突变,为基因修饰猴子的高效繁育提供了可靠的方法。
2017年5月18日,季维智院士团队与陈永昌团队合作在Cell在线发表题为“Modeling Rett Syndrome Using TALEN-Edited MECP2 Mutant Cynomolgus Monkeys”的研究论文,报道了TALEN编辑的MECP2突变食蟹猴作为神经发育障碍Rett综合征(RTT)的模型。研究发现了一系列与RTT临床表现相似的生理、行为和结构异常,为RTT的疾病机制研究以及潜在治疗干预措施的开发提供了重要参考。
2019年10月31日,牛昱宇、季维智、谭韬及Juan Carlos Izpisúa Belmonte等人在Science上发表题为“Dissecting primate early post-implantation development using long-term in vitro embryo culture”的研究论文,通过建立长达20天的体外培养系统,揭示了在植入后早期与人类发展可能相关的关键的发育事件和非人类灵长类动物胚胎发生的潜在复杂分子机制。
2019年12月12日,季维智及李天晴共同通讯在Nature在线发表题为“A developmental landscape of 3D-cultured human pre-gastrulation embryos”的研究论文,报告了一个可以通过原始条纹使人胚泡发育的三维(3D)培养系统,揭示了人类胚胎发生过程中的分子和形态发生发展态势。
2021年4月15日,昆明理工大学等多单位合作在Cell在线发表题为“Chimeric contribution of human extended pluripotent stem cells to monkey embryos ex vivo”的研究论文,探索了离体培养的食蟹猴胚胎中人扩展多能干细胞(hEPSCs)的嵌合能力,为更好地理解人类的早期发育和灵长类动物的进化提供了重要见解。
非人灵长类生物医学国家重点实验室链接:
http://www.lpbr.cn/