科研进展：一篇Cell，一篇Science，用人工构建的细胞实现程序化多细胞自组装结构

摘要：合成的多细胞系统有望成为了解生物膜和高等生物的自然发育的模型，并作为工程复杂的多组分代谢途径和材料的工具。然而，这些努力需要有工具将细胞粘附到确定的形态和模式中，并且目前缺乏这些工具。在这里，我们报告了一种100％基因编码的合成平台，用于在大肠杆菌中模块化细胞 - 细胞粘附，从而控制多细胞自组装。粘附选择性由具有正交文库内特异性的外膜展示的纳米抗体和抗原文库提供，而亲和力通过内在粘附素亲和力、竞争性抑制和诱导型表达来控制。我们通过同嗜性和嗜异性相互作用，展示了定量合理设计明确定义的形态和模式的能力。该粘合工具箱与合成生物学标准兼容，可以构建高水平的多细胞设计，并阐明向多细胞的演化过程。

图 可以使用合成粘合工具箱以组合方式合理设计复杂的多细胞图案

摘要：在多细胞组织的自组织中，一个常见主题是使用细胞-细胞信号传导网络来诱导形态变化。我们使用模块化synNotch近分泌信号平台来设计人工遗传程序，其中特定细胞 - 细胞接触诱导钙粘蛋白细胞粘附的变化。尽管它们简单，但这些最小的细胞间程序足以产生具有自然发育系统标志的组件：强大的自组织成多域结构，精心编排的顺序组装，细胞类型发散，对称性破坏和受伤时的再生能力。这些网络驱动复杂结构形成的能力说明了细胞信号与细胞分选相互连接的能力：信号诱导的空间重组改变了每个细胞接收的局部信号，导致细胞命运分支的迭代循环。这些结果提供了对多细胞性进化的见解，并展示了设计定制的自组织或材料的潜力。

图 工程细胞 - 细胞通信网络编程合成形态发生。（A）我们的合成形态发生回路工程细胞 - 细胞信号传导的设计逻辑用于驱动细胞粘附，分化和新细胞 - 细胞信号产生的变化。 重要的是，随后可以传播这些输出以产生新的细胞 - 细胞信号传导关系。（B）用于组装简单形态回路的分子组分。 我们使用两个synNotch配体 - 受体对（表面蛋白：CD19和GFP）用于细胞信号传导，三个荧光蛋白作为“分化”的标记，以及几个钙粘蛋白分子（在不同水平表达）作为形态学输出。 将工程化的回路转导到L929成纤维细胞中，在低粘附性U底孔中以确定的数量放置，并通过显微镜筛选以进行空间自组织。

图 可以使用简单的synNotch→粘附工具包编程的不同自组织多细胞结构的图库。

（A）在这项工作中产生的空间组织行为的图库，由最终细胞类型和空间上不同的隔室组成，并通过增加不对称性。（B）这些合成发育系统具有共同的原理，其中细胞 - 细胞信号传导的级联通过形态学反应导致细胞类型的多样化。 随着信号传导驱动形态响应和重组，新的细胞 - 细胞相互作用出现，驱动结构中每个细胞遇到的越来越不同的位置信息。