合成生物学的设计理念是利用自上而下的方法对生物系统进行设计和改造，为调控复杂的、可编程的细胞行为提供了新的思路和解决方案。随着基因编辑技术的飞速发展和细胞生物学研究的不断深入，合成生物学的工程化对象已从大肠杆菌、酿酒酵母等低等模式生物转向哺乳动物细胞。因此，合成生物学在哺乳动物干细胞工程化改造中有广阔的应用前景。“设计-合成-检验-学习”的循环流程是合成生物学的核心理念。首先，基于多组学数据分析和计算机辅助的方法设计构建人工回路来精确调控 PSCs及其衍生物的状态和功能。其次，多种生物学检测方法确认干细胞及其衍生物的细胞命运。最后，利用机器学习进行迭代优化实现合成生物学在干细胞工程化改造中的应用。一方面这种自上而下的设计策略可以赋予干细胞新的功能，实现干细胞工程化改造，另一方面干细胞获得新的表型也能检验已知基因功能、提高细胞生物学的理解和认知。
 

干细胞的工程化改造可利用基因编辑、合成受体等先进的生物技术从三个模块进行设计：感知模块（输入）、处理模块（过程）和响应模块（输出）。细胞可以通过合成受体或其他传感分子感知复杂环境中的外源性和内源性刺激，然后由人工基因回路或内源性调控网络进行信号处理，最终产生符合目标需求的响应，在时空维度实现对细胞的行为调控。
 

出自《合成生物学在干细胞工程化改造中的研究进展》作者:蔡冰玉，谭象天，李伟。