Nature:科學家首次純體外培養,幹細胞「變」卵細胞

生物探索編者按

日本九州大學的研究團隊首次在體外以多能幹細胞為材料獲得成熟卵細胞。這一最新成果於10月17日在線發表在《Nature》期刊。更為重要的是,這一體外培養的卵細胞在受精後能夠發育形成健康的下一代。雖然成功率較低,但是這一技術為科學家開啟了挖掘卵細胞發育、成熟關鍵因素的大門。

在體外,從胚胎幹細胞分化而成的成熟卵細胞(圖片來源:Hayashi實驗室)

10月17日,《Nature》期刊在線發表一篇重磅文章,揭示日本科學家成功在實驗室利用小鼠胚胎幹細胞(ESCs)和誘導性多能幹細胞(iPSCs)培育出成熟且具有生育能力的卵細胞。

這一研究為卵細胞發育研究提供了範本,且有望促進科學家將類似的技術體系運用在人類幹細胞上。更為重要的是,這一技術獲得的卵細胞能夠用於繁殖。

1第一次:在體外實現從多能幹細胞培育成熟卵細胞的過程

小鼠卵細胞的前身是雌性原始生殖細胞(PGCs)。PGCs形成於胚胎髮育的初期(約6.5天),經過一系列分裂形成卵母細胞,並在小鼠成年後在激素的調控下生成成熟的卵細胞。一直以來,利用多能幹細胞誘導分化出具有活性的卵細胞是發育生物學研究的熱點之一。

現在,基於十多年的研究背景,日本九州大學的幹細胞生物學家Katsuhiko Hayashi團隊成功實現了這一目標,他們以多能幹細胞為材料,培育出小鼠生殖細胞(卵細胞、精細胞)。

早在2012年,Hayashi團隊就已經研發出將小鼠胚胎幹細胞、誘導性多能幹細胞誘導出原始生殖細胞的技術。但是體外培養5天後,研究人員需要將這些原始生殖細胞移植入成年小鼠體內,只有這樣才能獲得卵母細胞。

2016年7月,Hayashi團隊在實驗室實現了小鼠卵巢環境的重建,為原始生殖細胞的發育提供了支持,從而生成成熟、可育的卵細胞。這意味著,他們能夠在體外完成胚胎幹細胞分化、卵細胞發育整個一系列過程,共計需要約30天時間。

這一最新技術打開了胚胎幹細胞(ESCs)、誘導性多功能幹細胞(iPSCs)培育卵細胞的新征程。成熟卵細胞的獲得需要經歷兩個重要的步驟:

首先,科學家們將ESCs、iPSCs誘導分化成不成熟的原始生殖細胞;

隨後,這些前體細胞將在體外培育至少一個月時間,期間需要提供類似卵巢環境的支持,例如發育3周內添加雌激素抑製劑,以促進卵母細胞在體外構建卵泡結構;隨後添加促卵泡激素和其他兩個因素促進卵泡的發育。

最終,研究團隊在體外獲得50多個成熟的卵細胞。但是這些卵細胞出現染色體異常的概率遠遠超出正常卵細胞異常的概率,但是幸好的是,75%的卵細胞染色體數量正常。

2卵細胞經過體外受精生成胚胎,可生育健康的下一代

實驗室培育的卵細胞經過受精、胚胎髮育後生下的健康小鼠(圖片來源:Hayashi實驗室)

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