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科学家利用皮肤细胞制造卵子,培育出两个父亲的小鼠

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根据3月15日发表在同行评审期刊《自然》(Nature)上的研究,由日本大阪大学(Osaka University)基因组生物学教授林克彦(Katsuhiko Hayashi)领导的研究小组,用雄性小鼠的皮肤细胞培育出卵子,这些卵子被植入雌性小鼠体内后,会产生健康的幼崽。

这项概念验证研究是多年艰苦实验室工作的结晶,可能会扩大未来生育治疗的可能性,包括同性伴侣,也许还有助于防止濒危动物的灭绝。

然而,科学家们警告说,在培养细胞在实验室培养皿中用于制造人类卵子之前,还有很多东西要学。

“预计将其应用于人体需要很长时间,可能需要10年或更长时间。即使使用了这种方法,我们也永远不知道这些卵子是否足够安全,可以生育婴儿。”

从老鼠尾巴上重新编程的皮肤细胞

研究人员从成年雄性实验室小鼠的尾部提取皮肤细胞,这些小鼠和男性一样,含有一条X染色体和一条Y染色体,并将它们转化为诱导多能干细胞(iPSCs)——科学家已将这种细胞重新编程为胚胎状态。

这一基因工程过程是由诺贝尔奖得主、科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)首创的,它引入特定的基因来创造模仿胚胎干细胞的细胞。

(诱导多能干细胞可以培育成任何种类的人体细胞,被广泛应用于生物学研究,用于模拟和研究人类疾病,以及开发药物。)

Hayashi解释说,当iPSCs在实验室中培养时,一些会自发地失去Y染色体,这对这种特定类型的细胞的生长不是必要的,从而产生“XO”细胞。

研究人员培养了XO细胞,发现一些细胞由于细胞分裂错误而产生了两条X染色体——使它们在染色体上为雌性。研究人员发现,用一种叫做逆反碱的化合物处理XO细胞可以增加XX细胞的数量。

从那里,研究小组将XX细胞转化为原始生殖细胞,即卵子和精子的前体,随后用信号编程将其转化为卵细胞。一旦与精子受精并植入小鼠子宫,卵子就会产生活的后代。

苏格兰爱丁堡大学生殖健康MRC中心的发育内分泌学教授罗德·米切尔在一份声明中说:“这项研究特别简洁,因为它利用了已知在XY细胞培养过程中发生的错误,这种错误会导致Y染色体丢失,随后获得第二条X染色体,从而产生能够产生活后代的XX细胞。”他没有参与这项研究。

“然而,它在人类(比如同性伴侣)上的潜在应用还有待观察。在小鼠研究中,使用小鼠细胞产生的胚胎很少能产生活的后代,而且将生殖细胞转化为卵子所需的最后步骤还没有使用人类细胞可靠地复制出来,”米切尔补充道,他也是爱丁堡皇家儿童和青少年医院的儿科内分泌科顾问医生。

在630个植入的小鼠胚胎中,只有7个长成了小鼠幼崽。Hayashi说,这种低成功率(约1%)并不是因为性染色体转换的过程,而是因为实验室培养的细胞通常不如活的动物体内的细胞。

“这是由于培养系统的次优状态。特别是,如果培养周期很长(在这种情况下是5-6周),那么细胞潜能就会受到影响,”Hayashi通过电子邮件说。

接下来是什么?

Hayashi的研究提出了一种可能性,即有一天同性伴侣可能会有一个拥有父母双方基因的孩子。

Hayashi说:“由于技术和道德方面的原因,男性-男性(人类)夫妇很难生育孩子。”“但正如这项研究所显示的那样,从理论上讲,男-男夫妇生育孩子是可能的。”

他说,要实现相反的目标,也就是用女性细胞制造精子,难度更大,因为女性细胞中不含有制造精子所必需的Y染色体。Hayashi解释说,复制男性细胞已经拥有的X染色体比在女性细胞中创造Y染色体更容易。

哈佛法学院(Harvard Law School)的詹姆斯·a·阿特伍德(James A. Attwood)和莱斯利·威廉姆斯(Leslie Williams)法学教授格伦·科恩(Glenn Cohen)说,这项工作提出了棘手的道德和法律问题,社会需要开始思考。

这些问题包括胚胎养殖——生产数百个胚胎来挑选最好的一个——以及未经授权使用一个人的细胞。

“那些被创造但未被使用的胚胎怎么办?科恩也是哈佛法学院佩特里-弗洛姆卫生法律政策、生物技术和生物伦理学中心的主任,他说:“创造这么多潜在的人类生命,知道其中绝大多数将被摧毁或无限期储存,这违反了尊重的道德规范吗?”

他补充说:“在最极端的情况下,想象一下,一个人用布拉德·皮特留在浴缸上的脱落的皮肤细胞来获取精子或卵子,以进行繁殖。”

拯救濒临灭绝的动物?

爱丁堡大学罗斯林研究所鸟类生殖技术个人主席迈克·麦克格鲁(Mike McGrew)说,这项技术有望保护濒危物种,尽管目前尚不清楚在老鼠身上导致Y染色体自发丢失和X染色体复制的过程是否会发生在其他哺乳动物物种身上。

“对于物种保护来说,这是一个非常令人兴奋的发现,”他在电子邮件中说。“你可以想象,为了捕捉濒危动物物种的遗传多样性,人们正在建立许多‘生物银行’。偶然的情况下,某些物种可能只保留或主要保留雄性细胞。”

柏林自由大学(Freie Universit?t Berlin)野生动物繁殖医学教授兼主席、莱布尼茨动物园和野生动物研究所(Leibniz Institute for Zoo and wildlife Research)繁殖管理主任托马斯·希尔德布兰特(Thomas Hildebrandt)说,Hayashi开发的技术可以帮助北方白犀牛的繁殖计划。

世界上只剩下两只这种动物,而且都是雌性。希尔德布兰特试图用已经死亡的雄性动物的精子和组织样本人工繁殖这种动物。

“这是一项未来的技术,但我们可以选择创造一个基因健全的人群。这只有通过干细胞方法才能实现。”

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