细胞分化终于可以被编程了。在自然界中，复杂生命系统的建立都依赖于细胞分化和功能分工。那么，人们能否通过编程，让细胞按设定的规则主动分化成不同功能的子细胞，并精准控制它们的数量和分工呢？近日中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室和合成生物学研究所钟超研究员团队给这项研究提供了新的答案。他们把复杂多细胞系统中“细胞分化比例”这个关键参数转化成了可预测、可计算和可工程化设计的对象。这个研究团队给一个细菌、酵母和哺乳动物细胞里都找到了验证方法，最终能让0.1%到99.9%之间任意比例的子代细胞被调控出来。党文婷、严圣禾等成员都参与了这项工作。这个团队建立了一套能够引导细胞分化选择的装置，就像为细胞铺了一条道路。当诱导信号出现后，这个装置就会指引细胞按照预设的路径分化成不同的命运。钟超说他们希望利用这个平台，把分化后的细胞组合起来形成具有空间结构的群体。这个方法不仅能让一个祖细胞自主生成多种子代细胞，还能定量调控它们的分化比例和顺序。之前合成生物学已经可以调控细胞行为了，但随着细胞类型增多，系统复杂度上升且缺乏对比例控制。研究团队开发了这个装置来解决这个问题。他们还建立了数学模型来预测最终结果，让调控不再依赖试验摸索而转向设计和预测。这种基于重组酶的可编程平台能够让细胞之间分工合作，进一步展示了定量合成生物学在复杂群体设计中的潜力。这个平台就像个生物程序员，给单一祖细胞提供预设规则。研究团队还设想利用它来推动活体材料、类器官构建、智能生物制造等领域发展。钟超希望他们能进一步提升平台稳定性、精度和可扩展性并引入环境响应模块。这次研究成果发表后让人们看到了活体材料在未来应用上的广阔前景。这项工作为复杂多细胞系统的理性构建提供了全新方法，并且有望为活体材料等领域提供新的技术路径。他们希望这些智能细胞能成长为具有特定功能的活体材料，比如自我修复的生物皮肤或者微型类器官等应用场景。