中国科学家Cell Stem Cell:用干细胞造出功能性精子

【字体: 时间:2016年02月26日 来源:生物通

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  来自中国的科学家们终于成功地在实验室中造出了小鼠功能性精子。为了实现这一壮举,研究人员诱导小鼠胚胎干细胞转变成为了功能性精子样细胞,然后将它们注入到卵细胞中生成了能生育的小鼠后代。这项发表在2月25日Cell Stem Cell杂志上的研究工作,为生成有一天能用于治疗人类男性不育症的精子细胞提供了一个平台。

  

生物通报道  来自中国的科学家们终于成功地在实验室中造出了小鼠功能性精子。为了实现这一壮举,研究人员诱导小鼠胚胎干细胞转变成为了功能性精子样细胞,然后将它们注入到卵细胞中生成了能生育的小鼠后代。这项发表在2月25日《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)杂志上的研究工作,为生成有一天能用于治疗人类男性不育症的精子细胞提供了一个平台。

论文的共同通讯作者、南京医科大学的沙家豪(Jiahao Sha)教授说:“在体外重现生殖细胞发育仍然是生殖生物学和生殖医学的一个中心目标。我们建立了一种强大的逐步的方法,在培养皿中重演了功能性精子样细胞的形成。我们的方法完全符合一个达成一致意见的生殖生物学家小组最近提出的金标准,因此我们认为其有着巨大的前景用于治疗男性不育症。”

有15%以上的夫妻受到不孕不育的影响,大约三分之一的病例归因于男人(Science子刊:RNA测序诊断男性不育症 )。睾丸中的生殖细胞前体细胞无法经过减数分裂形成功能性精子细胞是男性不育症的一个主要原因。近年来一些研究报道称成功用干细胞生成了生殖细胞。2014年9月,上海交通大学医学院的研究团队采用隐睾症患者的精原干细胞(SSC)生成了有受精和发育能力的单倍体精子细胞(上海交大Cell子发表重要成果:为不育男性生成功能性精子 )。2015年9月,法国里昂Kallistem生物技术公司的Philippe Durand 和Marie-Hélène Perrard表示,他们的研究方法可以把取自人类、大鼠和猴子的细精管(即在实验过程中生成精子的组织)诱导为成熟的精子细胞。但他们尚未充分评估这些生殖细胞的功能性或提供减数分裂所有重要标志的证据(科学家首次培育出人类精子 )。

近期,一个生殖生物学家小组提出了证实工程生殖细胞中发生了重要减数分裂事件的金标准。例如,研究人员必须出示在特定减数分裂阶段正确的核DNA含量、正常染色体数和组织,及生殖细胞能够生成可存活后代的证据。然而直到现在重演减数分裂所有的重要步骤仍然是在培养皿中生成功能性精子和卵子的一个主要障碍。

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为了克服这一障碍,沙家豪与共同资深作者、中科院动物研究所的周琪(Qi Zhou)院士及赵小阳(Xiao-Yang Zhao)研究员一起,开发出了一种基于干细胞的方法完全重演减数分裂及生成功能性的精子样细胞。第一步是将小鼠胚胎干细胞(ESCs)暴露于一种化学鸡尾酒中,后者诱导ESCs变成了原始生殖细胞。接下来,研究人员通过将它们暴露于睾丸细胞及睾酮一类的性激素下模拟了这些生殖细胞前体细胞的自然组织环境。

在这些生物学相关条件下,ESC衍生的原始生殖细胞经历了完整的减数分裂,生成了具有正确核DNA和染色体含量的精子样细胞。为了提供最后的减数分裂金标准证据,研究人将这些精子样细胞注入到小鼠卵细胞中,再将胚胎植入到雌鼠体内。值得注意地是,这些胚胎正常发育,生成了健康可育的幼鼠,这些小鼠生育了下一代。

在未来的研究中,研究人员计划利用他们的平台来探究控制减数分裂的分子机制。 他们还将在其他动物如灵长类动物及预期的人类研究中测试他们的方法。但在这一技术转化至临床之前,必须要排除掉可能的风险及考虑到使用胚胎细胞的伦理问题。

沙家豪说:“如果证实在人类中是安全及有效的,我们的平台有可能会为人工受精或体外受精技术生成全功能的精子。由于当前可用的治疗方案对于许多夫妻并不适用,我们希望我们的方法能够大大提高男性不育的成功率。”

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文索引:

Cell Stem Cell, Zhou, Wang, and Yuan et al.: "Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells In Vitro" http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.01.017

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