《科学》突破:用干细胞制造可育精子 不育大鼠也有了健康后代

2022年04月10日 10:13 次阅读 稿源:药明康德 条评论

近日,一支由日本科学家主导的科研团队在《科学》杂志上发表论文,带来了生殖医学的重要进展。以生物医学研究的主要动物模型——大鼠为实验对象,研究人员使用干细胞在体外制造出“原始生殖细胞”,并且这些细胞在无精子的大鼠睾丸内可以成功产生了有功能的精子,最终孕育出健康的后代。

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哺乳动物的精子和卵子都属于配子,原始生殖细胞(PGC)则可以视为它们的前体,随着在体内逐渐成熟,经历多个阶段的发育后,最终形成能受精的卵子或是有活力的精子。

过去近十年来,研究干细胞的科学家们在小鼠身上做出诸多尝试,在体外实验中把小鼠的多能干细胞转化为类似于原始生殖细胞的细胞,即原始生殖细胞样细胞(PGCLC),并且诱导这些细胞产生配子。然而,在小鼠实验取得了开创性的成功之后,其他动物中一直还没有成功案例

此次,科学家们终于在大鼠身上实现了新突破,从多能干细胞中获得了可产生精子的原始生殖细胞,这一进展有助于加深理解配子产生的基本机制。更重要的是,相比小鼠,大鼠的生理特征与人类更相似,这也意味着,我们距离在医学等多种领域应用这种辅助生殖技术又近了一步。


东京大学小林俊宽(Toshihiro Kobayashi)教授和生理学研究所(NIPS)的平林真澄(Masumi Hirabayashi)教授领衔的团队,在这项工作中开发了专门适用于大鼠干细胞的新方法。他们发现,在培养皿中以悬浮状态培养球形结构的干细胞,可以将其转变为上胚层细胞,过去小鼠干细胞的研究提示,这是有效产生原始生殖细胞的关键状态。

实验结果表明,这些细胞会进一步展现出原始生殖细胞的早期特征,包括基因表达模式。此外,与胚胎发育过程中所需的支持细胞一起培养,其生长状态还可以接近发育中期的原始生殖细胞。


随后,科学家们把这些由干细胞产生的原始生殖细胞样细胞移植到了一些没有精子的雄性大鼠的睾丸内。几周后,通过荧光标记可以清楚地看到,动物睾丸的曲细精管中产生了精子!

人工授精的成功结果显示,这些精子具备正常的功能:研究人员通过显微注射把它们一个个注射到未受精的大鼠卵子中,再把受精卵移植到雌性大鼠体内。由此诞生的大鼠能健康生长,并正常地生育后代。


▲干细胞在体外产生的原始生殖细胞在睾丸内产生了精子,并且通过人工授精使雌性大鼠生下了健康、可育的后代(图片来源:参考资料[1])

研究作者总结说,继小鼠之后成功获得了大鼠模型,这将为我们理解各种哺乳动物(包括人类)生殖细胞的发育特性填补空白,这对于体外生产生殖细胞的广泛应用有重要意义。

参考资料:

[1] Mami Oikawa et al。, (2022) Functional primordial germ cell–like cells from pluripotent stem cells in rats。 Science Doi: 10.1126/science.abl4412

[2] Functional primordial germ cell-like cells from pluripotent stem cells in rats。 Retrieved Apr。 8, 2022, https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/en/about/press/page_00042.html

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