研究人員使用一種名為囊胚互補(bǔ)的技術(shù)，在不育小鼠體內(nèi)生成了大鼠精子細(xì)胞。這項(xiàng)進(jìn)展8月4日發(fā)表于《干細(xì)胞報(bào)告》。

“研究表明，我們可以使用無菌動(dòng)物作為宿主，從其他動(dòng)物物種中生成生殖細(xì)胞。”瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院干細(xì)胞生物學(xué)家、論文通訊作者Ori Bar-Nur說，“除了概念上的進(jìn)步，該方法還可以用于在更普遍的動(dòng)物體內(nèi)產(chǎn)生瀕危動(dòng)物物種配子。此外，該技術(shù)還可能帶來一種改進(jìn)方法，生產(chǎn)用于生物醫(yī)學(xué)研究的大鼠轉(zhuǎn)基因模型。”

多能干細(xì)胞(PSCs)為生物醫(yī)學(xué)研究提供了強(qiáng)大工具，但從PSCs中生成卵子或精子細(xì)胞形式的配子，是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的工作。

在前期研究中，研究人員使用囊胚互補(bǔ)技術(shù)，利用PSCs和不能產(chǎn)生特定器官的突變小鼠胚胎，在小鼠體內(nèi)生成了大鼠器官。在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，Bar-Nur與合作者想知道是否有可能在攜帶使小鼠不育的基因突變的小鼠體內(nèi)產(chǎn)生大鼠精子。

為了驗(yàn)證這一想法，研究人員將大鼠PSCs注射到小鼠胚胎中，以產(chǎn)生小鼠—大鼠嵌合體。在這一過程中，小鼠囊胚中產(chǎn)生精子的一個(gè)關(guān)鍵基因發(fā)生了突變。大鼠干細(xì)胞與小鼠細(xì)胞一起發(fā)育，從而產(chǎn)生了由兩個(gè)物種的基因型組成的嵌合動(dòng)物。

這種導(dǎo)致不育的基因突變的結(jié)果是，嵌合動(dòng)物睪丸內(nèi)形成了一個(gè)空的生態(tài)位，使大鼠細(xì)胞能夠在其中定植，并在嵌合體中只產(chǎn)生大鼠精子。精子細(xì)胞可以使大鼠的卵細(xì)胞受精，但胚胎不能正常發(fā)育或生長(zhǎng)為活的后代。

“總的來說，這些小鼠—大鼠嵌合體看起來很健康，發(fā)育正常，盡管它們同時(shí)攜帶了小鼠和大鼠細(xì)胞。”Bar-Nur說，“第二個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，嵌合體中所有的精子細(xì)胞都來自大鼠。因此，盡管基因突變導(dǎo)致小鼠宿主環(huán)境沒有生育能力，但仍然能夠支持來自不同物種的高效精子細(xì)胞的產(chǎn)生。”

雖然研究人員能夠產(chǎn)生在形態(tài)上與正常大鼠精子細(xì)胞沒有區(qū)別的細(xì)胞，但這些細(xì)胞是不移動(dòng)的，而且與大鼠體內(nèi)產(chǎn)生的精子細(xì)胞相比，其使大鼠卵子受精的概率顯著降低。

盡管如此，這項(xiàng)工作仍提供了一個(gè)原理證明：通過將一種動(dòng)物和另一種動(dòng)物混合在一種被稱為嵌合體的人工有機(jī)體中，可以產(chǎn)生一種動(dòng)物的精子細(xì)胞。用無菌小鼠制備轉(zhuǎn)基因大鼠PSCs可加快轉(zhuǎn)基因大鼠的生產(chǎn)，后者在生物醫(yī)學(xué)研究中用于模擬人類疾病。

接下來，研究人員將嘗試?yán)眯∈?mdash;大鼠嵌合體中的精子細(xì)胞產(chǎn)生活的后代動(dòng)物。“我們需要改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，證明在小鼠體內(nèi)產(chǎn)生的大鼠精子可以使大鼠卵子受精，并成長(zhǎng)為成年大鼠。”Bar-Nur說。

一項(xiàng)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃是將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于瀕危嚙齒動(dòng)物的配子生產(chǎn)，以支持物種保護(hù)工作。“例如，在某種程度上，我們可以從一種瀕危的嚙齒動(dòng)物身上獲取干細(xì)胞，使用同樣的方法，通過對(duì)小鼠進(jìn)行嵌合產(chǎn)生瀕危動(dòng)物的生殖細(xì)胞。”Bar-Nur說，“然而，需要注意的是，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于其他動(dòng)物物種，還要克服一些科學(xué)障礙。此外，如果我們想將這項(xiàng)技術(shù)用于物種保護(hù)工作，則還需要培育不育小鼠的雌性生殖細(xì)胞(即卵子)。”(馮維維)

關(guān)鍵詞： 多能干細(xì)胞 囊胚互補(bǔ)技術(shù) 瀕危嚙齒動(dòng)物配子生產(chǎn)計(jì)劃 物種保護(hù)