人类胚胎在怀孕后的第4周到第8周迎来器官形成的关键时期，然而这一重要进程始终深藏于母体，构成了一个难以观测的生命“黑箱”。长期以来，关于生命早期发育异常如何引发出生缺陷，以及人类胚胎发育中的细胞谱系时序与器官基因调控网络究竟如何运作等核心问题，都缺乏系统性的解答。
北京时间5月27日，由复旦大学附属妇产科医院牵头，联合浙江大学、华大生命科学研究院等机构的研究团队，在国际权威科学期刊《自然》上发布了他们的最新研究成果。这项研究首次利用高分辨率空间转录组技术Stereo-seq与单核RNA测序（snRNA-seq）的整合方法，系统性地构建了覆盖原肠运动后、器官形成关键期（卡内基分期12-23，即受精后约4至8周）的人类全胚胎时空转录组图谱。
这一里程碑式的成果，标志着人类对早期器官发生过程的认知，从过去零散的切片观察迈入了整体性、动态化、分子化的全景解析新阶段，填补了全球在人类胚胎早期器官发生阶段时空转录图谱领域的空白。
为克服样本获取和技术整合的重重挑战，研究团队对13枚人类胚胎进行了分析，共获得77张矢状切面数据。通过融合高分辨率空间转录组技术（Stereo-seq）和单核RNA测序技术，研究人员有效地避免了胚胎组织解离过程中可能引入的转录偏差，实现了对整个胚胎及其多种细胞类型的高覆盖度解析。
在数据分析环节，团队开发了一套标准化的分析流程（SAW），该流程涵盖图像配准、空间条形码解码以及基因表达矩阵生成等一系列核心步骤。这种方法使得研究人员能够在同一胚胎框架下，同时获取空间位置信息与细胞状态的动态变化，从而系统性地回答了“哪些细胞在何时何地،受到何种基因驱动”的这一关键科学问题。
研究中，科学家们精准标注了50个器官或解剖区域，以及198个经过分子定义形成的亚结构。这是首次将心脏、大脑、肝脏、肺部、肾脏、骨骼、脊髓和肌肉等多种组织器官的发育轨迹，统一纳入一个时空坐标体系进行可视化呈现。研究的分辨率高达500纳米，突破了传统技术的瓶颈，能够精确锁定单个细胞的基因表达特性及其空间分布，为深入理解人类器官的形成机制以及探寻先天性疾病的病因，构建了一个全景式的分子图谱。
团队还成功构建了全球首张胚胎动态时空转录图谱，这一成就将胚胎发育研究从以往零散的切片观测，推向了整体而动态的解析新阶段。
值得一提的是，该研究还发现了心脏“起搏器”中的新基因。心脏是胚胎中最早发育并开始发挥功能的器官，而窦房结作为心脏的“天然起搏器”，负责调控心跳的节律。研究团队首次对人类胚胎窦房结的发育进行了精准解析，发现了RORA和KIAA1324L等此前功能未知的关键基因在该发育过程中发挥着重要的调控作用。通过斑马鱼及小鼠的体内功能实验，研究人员进一步证实了这些分子在起搏细胞分化和心率维持中的必要性，为先天性心律失常等疾病的分子机制提供了全新的线索。