SDG3专题征稿 | 虚拟人类发展：结合实验和理论来理解人类发展

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Knapp博士目前是蒙特利尔大学免疫学和癌症研究所 (IRIC)病理学和细胞生物学系的助理教授。他在UBC的 Connie Eaves指导下完成了造血干细胞(HSC)生物学博士培训，随后在牛津大学的Tudor Fulga指导下进行基因工程和合成生物学博士后研究，之后于2020年在IRIC开设了自己的实验室。他早期在造血方面的工作结合了单细胞分子和功能数据，挑战了将HSC分化为离散分叉树的传统观点，并深入了解了生长因子介导的HSC存活增殖和自我更新能力的调节。在博士后期间，他开发了一种基于tRNA的新型平台来调节CRISPR/Cas9向导RNA表达，并为开发其他用于细胞系统转录调控的系统做出了贡献。他的实验室专注于了解白血病发展的早期事件、有效生成治疗相关细胞类型以及建模和操纵肿瘤微环境。为了实现这些目标，他的实验室结合使用了干细胞系统、基因/转录组编辑和单细胞分析工具。

Amy Wong博士是儿童医院发育与干细胞生物学项目的科学家，也是多伦多大学实验室医学和病理生物学系的助理教授。她在多伦多大学获得肺再生博士学位，并在 Janet Rossant博士和James Ellis博士（SickKids）的指导下完成了博士后研究，她率先采用了第一种定向分化方案，从人类多能干细胞(hPSC)中生成成熟的气道上皮。她是第一批证明 hPSC 衍生培养物可用于研究气道囊性纤维化 (CF) 疾病和测试新疗法的人之一。黄博士是加拿大囊性纤维化基金会2023年 Marsha Morton CF研究奖的获得者。她是国际公认的使用人类干细胞模拟肺部发育和疾病的先驱，也是虚拟人类发展联盟的成员。她的实验室有三个主要研究重点：1) 识别调节肺部发育的新型遗传和分子因素；2) 利用基于iPSC的模型识别呼吸道疾病（即呼吸道病毒感染、CF）的新型治疗靶点；3) 使用新型生物打印和微流体平台生成更好的临床前肺部模拟物以进行疾病建模。

Daniel Coutu博士是渥太华医院研究所再生医学项目的科学家，也是渥太华医院再生骨科研究主席。他在麦吉尔大学（蒙特利尔）获得实验医学博士学位，指导老师是 Jacques Galipeau博士，随后在Timm Schroeder博士的指导下完成了博士后研究，先是在干细胞研究所（德国慕尼黑亥姆霍兹中心），然后在生物系统科学与工程系（瑞士苏黎世联邦理工学院）。在此期间，他开创了创新方法，使用高复用共聚焦成像对大型光学透明组织进行成像，并使用定量图像分析工具（成像细胞术）研究出生后的骨骼组织。Coutu博士是骨骼干细胞生物学领域的世界领先专家，也是虚拟人类发展联盟的成员。他的实验室有三个主要研究主题：1) 研究骨骼、软骨和滑膜关节组织中骨骼干细胞的基础生物学，2) 开发用于研究坚硬、矿化骨骼组织的新技术，3) 开发用于再生骨科手术的新疗法。

Abou Chakra博士是多伦多大学的高级研究员，也是虚拟人类发展中心的创始主任之一。她专攻理论生物学，研究重点是复杂的生物现象。Abou Chakra博士在开发数学和计算模型方面拥有丰富的经验，涉及进化生物学、行为生态学、理论形态学和细胞发育等各个领域。在麦克马斯特大学攻读研究生期间，她开发了一个预测海胆骨骼生长和形态的数学模型。毕业后，她在马克斯普朗克进化生物学研究所工作，在那里她将自己的理论专业知识扩展到进化博弈论，并开发了各种模型来捕捉复杂社会困境中的行为，例如气候变化谈判和宿主-寄生虫相互作用。目前，Abou Chakra博士正在将她的专业知识应用于细胞发育，并制作了一个可以探索和预测发育组织中细胞多样化的3D模型。

SDG3专题征稿

虚拟人类发展：结合实验和理论来理解人类发展

Virtual human development: merging experiments and theory to understand human development

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我们所有人的起源都是单细胞，即受精卵。受精卵产生了一组“干细胞”，这些干细胞可以转化为我们体内的任何细胞类型，从而形成由数万亿个细胞组成的复杂组织。我们组织的发育由遗传学、表观遗传学、基因调控网络、蛋白质结构、环境信号和代谢状态的复杂相互作用控制。细胞利用这些过程来确定是分裂、分化、交流还是持续存在，从而协调细胞以产生功能性组织和器官。为了了解信息如何跨越生物尺度和时间流动，我们需要一种多学科方法，将丰富的分子和细胞数据的生成与计算工具和数学模型相结合。单细胞基因组学、谱系追踪、基因工程和干细胞衍生的类器官模型的进步使得通过实验研究发育成为可能。此外，机器学习和人工智能的进步使得预测扰动成为可能，物理和基于代理的建模方法使我们能够在组织尺度上模拟细胞行为。

巩固我们的知识并理解控制胚胎发育的生物学规则可以帮助我们更好地跨不同专业领域进行交流，并揭示我们集体知识中的空白。胚胎是一个复杂的系统，其中分子网络塑造细胞表型，并最终塑造多细胞群体。这为测试假设提供了机会，以了解一个层面的变化如何影响其他层面。我们预计，这种理论-实验循环的结合将加速我们对人类发展的理解，同时为再生医学方法提供有价值的预测。

本专刊将收录原创研究文章、观点和特别评论，重点介绍了解人类发育所需的实验和计算机模型和技术。这包括但不限于类器官模型、单细胞“组学”方法和分析、成像技术、谱系追踪、基因工程、数学建模、基因调控网络推断以及人工智能/机器学习介导的细胞行为和功能预测。

本专刊符合并支持联合国可持续发展目标SDG3:Good Health&Wellbeing。

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