细胞动力学读书会丨第十期：理性合成哺乳动物发育 - 从对称性破缺到图灵斑图及其他

导语

发育是生命世界中最有趣、最复杂的现象之一。本期读书会为细胞动力学读书会第十期，哈佛医学院与丹娜法伯癌症研究院生物物理学家关国业博士将在本期以小鼠和人类细胞为例，系统介绍自组织发育斑图的合成与调控机制；进一步探讨如何借助融合分子与细胞相互作用的生物物理模型，实现对发育过程的理性解析与预测，为定向诱导与制造组织器官提供理论指导。

集智俱乐部联合北京师范大学大学教授李辉，中科院理论物理学所副研究员王维康、西湖大学生命科学学院博士后韦晓慧以及烛龙（上海）生物医药科技有限公司王艳博士共同发起「」，尝试从单细胞数据中重构细胞的动力学，以揭示细胞状态转化的普遍特性和机制；通过分享经典文献与最新研究进展，希望在数据、模型和生物过程间，建立起一种可以反复检验、不断验证的动态关系。

报告简介

发育是生命世界中最有趣、最复杂的现象之一：一个单细胞的受精卵，能够通过精确协调的分裂、分化、形变、运动等过程，构建出具备完整功能的个体。传统研究多依赖线虫、果蝇、青蛙和斑马鱼等模式生物，而近年来的研究发现，哺乳动物细胞具有非常强大的自组织能力，既能自发形成有序的空间斑图，又可通过工程化实现可编程设计。这使其成为干细胞与再生医学研究的重要前沿。

本报告将以小鼠和人类细胞为例，系统介绍自组织发育斑图的合成与调控机制，包括图灵斑图（条纹与散点结构，对应指纹与毛囊）以及对称性破缺（不对称结构，对应内外、头尾、左右与腹背体轴）等。此外，我们将进一步探讨如何借助融合分子与细胞相互作用的生物物理模型，实现对发育过程的理性解析与预测，为定向诱导与制造组织器官提供理论指导。

分享大纲

1.哺乳动物发育斑图的特殊性

2.自然发育与合成发育

3.基于人类细胞的自发对称性破缺合成

4.基于小鼠细胞的自发图灵斑图合成

核心概念

基因/信号调控网络，合成发育学，自组织斑图，类胚胎与类器官，生物物理建模

主讲人介绍

主讲人：关国业，博士毕业于北京大学，师从汤超院士、汤雷翰教授，目前为哈佛大学（哈佛医学院与丹娜法伯癌症研究院）的生物物理学家和系统生物学家，致力于研究多细胞系统动力学。他的研究结合理论模型与实验数据，聚焦人类、小鼠和线虫等体系中的胚胎发育、合成斑图及微生物群落。作为（共同）第一作者，他在以下方向取得了代表性成果：多维发育图谱构建 [Nat. Commun. 2020; Nat. Commun. 2025; Commun. Biol. 2025]、细胞极化与分裂 [Phys. Rev. E 2021; eLife, 2024]、细胞力学 [PLoS Comput. Biol. 2022; Commun. Nonlinear Si. Numer. Simul. 2023]。此外，他还拥有11项有效的专利与软件著作权。

参考文献

1. Yamada, T. et al. Synthetic organizer cells guide development via spatial and biochemical instructions. Cell188, 1-18 (2025). https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.11.017

2. Toda, S. et al. Programming self-organizing multicellular structures with synthetic cell-cell signaling. Science361, 156-162 (2018). https://doi.org/10.1126/science.aat0271

3. Moris, N. et al. An in vitro model of early anteroposterior organization during human development. Nature582, 410–415 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2383-9

4. Beccari, L. et al. Multi-axial self-organization properties of mouse embryonic stem cells into gastruloids. Nature562, 272–276 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0578-0

5. Guan, G. et al. Cooperative short- and long-range interactions enable robust symmetry breaking and axis formation. bioRxiv, 678924 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2383-9

时间信息

2026年4月17日（周五）晚19:30-21:30,腾讯会议线上进行,微信视频号+集智俱乐部B站号同步直播, 感兴趣的朋友扫码报名加入细胞动力学读书会后，可进入学员群进行交流。

直播信息

报名读书会：

「细胞动力学:基因网络、群细胞、组织形态与发育」

由李辉、王维康、韦晓慧三位学者及王艳博士共同发起，并沿两条主线展开：一是探讨细胞命运、多稳态等理论核心；二是结合单细胞测序、时序推断等方法，学习如何将静态数据转化为动态模型。

中将融合物理学、复杂科学与系统生物学，从Waddington景观、自组织临界，到反应-扩散模型与类器官实验，绘制一幅理解细胞命运与群体动力学的连贯地图。

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