为解决重症肝病和糖尿病两大重要健康问题，本课题围绕与肝胰发育紧密相关的内胚层谱系命运决定，通过多维度、多平台对小鼠及人类早期胚胎发育、三胚层形成、多种内脏器官生成等过程的分子机制及应用进行了探究，获得以下研究进展：首次描绘了小鼠早期胚胎发育过程中全胚层谱系发生的时空转录组图谱，揭示了小鼠胚胎多能干细胞的分子谱系和多能性在时间和空间上的动态变化及其调控网络，并首次从分子层面揭示了内胚层谱系在上胚层产生前新的谱系来源；通过单细胞转录组测序的应用及单细胞表观基因组多组学测序技术的建立，对人类早期胚胎发育、胚胎着床过程及人类胚胎消化道、肾脏、心脏发育绘制了细胞图谱，详尽地阐明了人类胚胎发育过程中谱系命运决定及调控网络；利用人多能干细胞体外分化系统，鉴定并建立了中内胚层培养与分化体系；；成功建立了以人类内胚层干细胞为起点的肝向/胰向体外高效分化系统，并利用单细胞转录组测序技术对分化路径进行了精确解析；基于人内胚层干细胞肝向分化系统，还进行了Wilson’s disease体外模拟和细胞治疗，并将分化获得的肝细胞通过小分子诱导退分化得到了具有多潜能的新型内胚层干细胞。这些研究进展阐明多能干细胞向中、内胚层演化的谱系路径，发展干细胞命运决定调控新理论，并据此建立和完善多能干细胞向功能性肝脏和胰腺细胞的高效体外定向分化系统，以获得足量优质的种子细胞，为再生医学提供理论指导和细胞来源。

本项目针对典型工程材料复杂微细结构的大面积高效制备和激光加工中的宏—微—纳跨尺度、大深宽比复杂微细结构的测量瓶颈，研究激光聚焦与扫描精确操控下的激光极限加工机理和超越光学衍射极限的柔性纳米测量原理，开发大面积高效高精度激光加工技术、超越光学衍射极限的测量和高深宽比检测技术，攻克典型工程材料复杂微细结构加工和测量的技术瓶颈，建立复杂微细结构的激光微细加工和测量核心技术体系。 在激光极限加工方面，数值模拟了了飞秒激光作用材料的能量输运动力学过程，利用飞秒激光扫描直写以及干涉直写方法，实现了100万单元微透镜阵列、万级单元高效吸波材料的飞秒激光高精度制备。利用锥透镜空间整形原理产生的非衍射贝塞尔飞秒激光束，在硬脆性二氧化硅(SiO2)材料表面制备了特征尺寸~25nm的小孔阵列结构。 在超衍射极限测量方面，利用三维时域有限差分方法研究镀金膜锥形纳米探针的局域场增强特性，对孔径型和散射型探针在径向偏振光下聚焦效应进行仿真研究。利用分子动力学和有限元分析方法对包括悬臂梁在内的大长径比碳纳米管探针整体与样品的相互作用进行模拟，采用组装法制备出尖端小于50nm,总长度大于2μm的碳纳米管，用于纳米孔径、微米深度微细结构的测量。 对飞秒激光振荡器和飞秒激光参数进行改进和精细调控，提高了飞秒激光加工性能，开发超分辨测量和高深宽比测量模块，研制了超分辨三维测量装置。为激光加工测量系统集成奠定基础。