自1999年起，《麻省理工科技评论》每年在全球范围内从生物医药技术、能源材料、人工智能等多个前沿学科和科技领域中遴选出35岁以下对未来科技发展产生深远影响的青年科技人才-“35岁以下科技创新35人”。2017年《麻省理工科技评论》将这份最权威的榜单落地中国，旨在以全球视野挖掘最有创新能力的科技青年领军人，并为这些青年科学家搭建一个高度国际化的舞台。

为聚集全球创新人才和资源，打造创新人才高地，中关村科学城与北京清华工业开发研究院联合《麻省理工科技评论》中国，于2023年3月30日-31日在北京·海淀中关村自主创新示范区展示中心会议中心举办全球青年科技领袖峰会暨《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”中国发布仪式。

以下是西湖大学研究员、博士生导师，国家重点研发计划（青年）首席科学家裴唯珂在全球青年科技领袖峰会的精彩演讲，由云现场整理。

大家好，我是西湖大学的裴唯珂。非常荣幸今天跟大家聊一聊我们在做的一些东西，我在来之前DeepTech的主办方吴老师给我了一个命题作文，说让我聊一聊你做的东西跟人民福祉到底有没有一些直接的关系，以及你开开脑洞，告诉我们你这个领域终极梦想是什么。

所以，我后来扒拉扒拉，把我所有PPT删掉，重新做了一份，聊聊我们造血干细胞的一些工作，希望能很好的回答这个问题。

先介绍一下什么是造血干细胞，它是一类在我们的骨髓里面驻留的成体干细胞，通常它的生理使命是产生我们人体所有的血液以及免疫细胞，你可以想象到当我们人受到细菌、病毒攻击的时候，整个造血系统需要快速的响应，产生更多的免疫细胞去清除这些病毒跟细菌。

当然这个过程是有代价的，每当造血干细胞显灵一次，它的身体上会留下伤痕，一个突变。而干细胞有突变是件很可怕的事情，会让这些正常的干细胞变成肿瘤干细胞，最后产生白血病。这意味着就算我们人的一生可以逃脱所有的疾病，当我们足够老的时候，造血干细胞会积累足够突变，会引发白血病。

为什么我们这么在乎造血干细胞呢？首先在科学的角度，可以不夸张的说造血干细胞一直引领干细胞与再生医学发展的排头兵，它是第一个可以被用于证实骨髓移植这个概念的成功性，因为骨髓移植主要的功臣就是造血干细胞，目前拿到了诺贝尔奖，而且造血干细胞是第一个体外分化的成体干细胞，也是肿瘤干细胞整个理论的法院地，并且也是第一个实现基因治疗的平台。

而在临床上到目前为止，造血干细胞已经被成功用来治疗主要是血液肿瘤、再生障碍性贫血甚至是艾滋病，因此对于造血干细胞我们深入的探索和理解，它不仅是重要的科学问题，正是我们人民健康的一个重大的需求。回答了第一个问题。

这个领域是一个有悠久历史的领域，大家现在在做，它的问题是什么？迄今到目前为止我们人类还无法稳定高效的在体外制作造血干细胞，并且让它们扩增，这意味着但凡你需要骨髓移植的时候，你所依赖的只能是骨髓库，如果骨髓库没有你的配型，病人只能眼睁睁的错过他们的窗口期。

这样的一个重要问题，其实领域内一直有科学家在不断的尝试，比如多年以前大家试着在体外完全模拟造血干细胞在体内生成的过程，曾经一度被认为解决了造血干细胞的圣杯问题，我们成了。但是当大家去阅读社会新闻上一些科技新闻的时候，会发现这个圣杯最近几年经常被大家拿出来去翻，我们又成了，我们还成了，具体原因不能说，比较得罪人，但是在目前为止真正在体外能稳定造血干细胞产生，仍然是一个世界难题。

其中最大的核心原因是因为相比于造血干细胞在体内是一个3D很复杂的骨髓组织，在体外一个2D的平面细胞培养，是很难让造血干细胞像体内一样一步一步去完成体内的分化跟产生的。

问题就来了，如果这样的话，我们在研究体内一步步怎么产生造血干细胞，怎么维持细胞命运和功能的不就得了，但是这个就是说起来容易做起来很难，因为造血这个领域有漫长的路径依赖，通常大家是通过骨髓移植手段把干细胞抽出去再移植到新的宿主体内去看这些干细胞能不能重建整个的血液系统，第一步就要破坏整个组织的微环境，所以是近十年来说，我们领域才慢慢发现，看来我们之前的研究思路需要调整，现在需要在体内直接标记造血干细胞，去看看他们的命运跟功能，这样的技术称之为谱系适中。

最近一些工作是通过荧光的标记，通过干细胞上面打上不同的颜色，通过这些颜色追中看他们产生了什么样的细胞，跑到了哪里，跟什么样的细胞在互相的交互，但是我们知道血液系统是非常复杂的，但是如果只看荧光的话，通常只能看到4-5种颜色，这意味着4-5种标记是很难揭示这么一个复杂系统他们的动态过程，因此整个领域大难题是我们怎么样可以高通量的标记来追踪，我们自己设计了一个小工具，我们的想法很简单，就是用序列可以高变无限的DNA来代替只有4-5种的颜色，通过设计序列，可以让上面的DNA可以随机的重组切割，理论上可以产生超过180万种不同的条形码，然后把这个条形码放在小鼠体内，让它在骨髓微环境不受任何干扰的情况下，打上细胞特异的二维码，就像在工厂里面大家用二维码来追踪新出厂的货物他们的流向，他们的位置以及后来的命运一样，我们同样也是在小鼠的骨髓原位通过这些二维码他们的命运来重建整个血液器官他们的发育过程。

这里跟大家稍微展示一个数据，其中左边这个图每一个横排都是代表我们在体内产生的造血干细胞的二维码，每一个纵列分别代表着不同的免疫细胞跟血细胞类型，从红细胞到免疫细胞一直到能产生人类创新免疫剂的TB淋巴细胞，我们发现一个很有意思的现象，有一类叫做多层的造血干细胞，它们工作的非常勤奋，可以产生所有的子带细胞，所以他们的身上的二维码可以一直走到最头，可以把所有的血液细胞标记上，而第二类我们称之为蓝色标记的能力稍微差一点的，他们只能走到一半，只能产生天然免疫系统，但是却不能对后天免疫系统有贡献。

第三类最可气的它们自打出生开始对整个的血液系统是完全没有贡献的，我们发现原来在骨髓里面造血干细胞他们的功能命运可以如此的不同，而作为骨髓移植的时候，其实我们最需要的是多体能的干细胞，他们帮助病人重建整个血液谱系，我们后面想知道大家都是干细胞，为什么有的干细胞就要拼命干活996，而有的干细胞就可以躺平，什么不用干，原因是什么，这个问题其实很难被谱系适中所回答的，因为谱系适中等于说这个技术我们在帮助细胞修家谱，告诉每个干细胞从哪里来到哪里去，但是不能告诉任何分子的信息，而近十年，基本上整个搅翻发育生物学研究范式的新技术，就是单细胞的测序，可以帮助我们读取每一个干细胞独有的分子特征，细胞状态，但是这个方法并不能告诉我们细胞是从哪儿来，到哪儿去的，我们一拍大腿，干脆就把这两个系统集合起来，我们用谱系适中毒细胞命运，用了条形码毒细胞命运，用了经验转录组去堵他们的分子特征，叫做单细胞谱系适中，这个想法也非常的简单，因为我们之前的条形码是在基因组上在DNA上面盖了一个戳，现在加了一个元件叫做启动子，可以把一些DNA分子转录出来，变成表达道RNA分子，这样的话这些条形码就可以混在整个细胞的转录组里面，这样通过单细胞转录组测序的时候，就可以把每个干细胞他们的细胞命运跟他们的基因特征同时给读取出来。

中间这个图给大家展示通过这样一个技术，我们鉴定了造血干细胞那些很勤奋的细胞，它们特有的细胞本的标记以及特定的细胞内的分子调控元件，希望这样子可以帮助我们附记这些临床上更有价值的多能造血干细胞来提高骨髓移植的表现力，这个展示了我们如何用二维码为基石，去整个重建血液这个器官他们的发育进程。

当然了非常遗憾我们其实动作还是比较慢的，我们并不是第一波去实现单细胞谱系适中的人，最开始工作比较容易做的低等动物，比如说线虫以及斑马鱼这些更低等动物上面来做，他们的工作一被发表就入选了当年的SNNC十大科学进展的第一名，在我们的技术出来之后，大家觉得非常好用，最开始做的是造血干细胞，他们的命运适中，他们的功能判定，现在大家开始慢慢拓展到很多的领域，比如生物学家用条形码标记肿瘤细胞，然后通过条形码追踪每个肿瘤细胞，看看哪些肿瘤细胞真正是迁移的，哪些肿瘤细胞是有药物抗性，是让我们癌症复发的罪魁祸首。

目前其实这项技术最受欢迎的领域是神经生物学家，因为大脑迄今为止应该是人类最复杂的器官和系统，有不同的亚群，所以说他们希望正在用条形码标记神经不同的细胞，可以看见我们大脑从一个细胞长成完整的功能系统的时候，这些不同的细胞亚群空间上发生了什么样的变化，他们之间怎么建立连接，他们之间怎么形成一个生态来打造人类记忆跟认知的基石，为什么放这张PPT，其实也是回答了DeepTech的问题，为什么我们要大力的做造血干细胞，它跟其它的成体干细胞相比，为什么这么特别，我们的原因跟之前介绍的那样，造血干细胞的研究一直是再生医学和干细胞的排头兵，我们开发这个技术出来之后，大家依然用这个技术去研究不同组织干细胞的发展命运，研究不同的更复杂的器官是怎么建立维持并且再生的，因此造血干细胞作为排头兵的一个功能和他们的业绩在今天这个定律依然适用。

自打我们的工作发表之后，还是受到了很多的认可，可以看到有很多非常著名的名字在上面，有不同的领域，比如做神经、生殖、肿瘤、再生、实体器官再生甚至免疫系统再去用我们的系统追踪并且建立他们感兴趣的组织细胞谱系的过程以及器官的再生过程。

后面一部分回答一下DeepTech给我的命题作文的后面一个题目，很难一个题目，就是你对这个领域未来终极想象是什么，对一个想象力很匮乏的人还是比较困难的问题，我只能说我们现在在做什么，它是不是这个领域的终局我们不太清楚，我们之前的工作告诉大家，我们怎么样通过给干细胞打二维码，在他们的组织原位可以告诉我们这些细胞之所以很勤奋，很重要，他们的分子标记是什么，他们的靶点是什么，可以筛选出来进行临床治疗，我们值得一提的是干细胞在我们的体内都不是单独存在的，需要移动，需要跟我们身体内的其它细胞进行交流，进行互作，但是我们目前的手段还是没有办法追踪这些细胞到底是跟谁交流互作，导致我们其实很难在体外重建一个干细胞的微环境来模拟干细胞所有的过程，但是随着近两年大家听说过空间组学的技术发展被Nuture  Biotech评为年度生物学技术，可以在组织原位解码细胞的位置，他们的特征甚至是细胞跟潜在互作的关系网络，我们现在正在做的第一件事情就是结合技术跟空间组学在组织原位理解造血干细胞在体内有这么强大的功能，他们的微环境决定因素到底是是什么。

未来更长期我们在做的一个事情其实就是主要源于我跟同事们朋友们的交流，我非常喜欢跟合成生物学朋友们交流，我也觉得他们的脑洞非常大，几个很好的朋友会跟我说，你这个工作挺酷的，非常炫，再复杂的系统器官都能用你的技术解码，在我们的合成生物学的眼里，如果这个复杂系统没有办法一砖一瓦的自己缔造的话，说明你这个系统其实你并不了解，有本事在体外做一个骨髓微环境，让里面的干细胞能再生，这个主意好，我现在正在做的事情结合生物学和干细胞和生物医学的强强结合，我自己瞎起的名字叫合成血液学，通过在体外分化成造血微环境里面所有的细胞，通过细胞3D打印在体外一比一的还原整个造血微环境，然后在人工体外造血器官里面植入人的造血干细胞，通过药物筛选这些其它手段，去寻找可能让造血干细胞在体外真正安全有效生成或者扩增的方法，希望有一天我们能为干细胞对人类医学达到它的水平。

谢谢大家，这个是我们来西湖一年浙大建立的团队，现在打个广告，也在招人，希望大家访问我们的各方网站。