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新技术引发伦理担忧,研究将实验鼠皮肤细胞转

发布时间:2019-09-28 18:03编辑:生命科学浏览(75)

    研究将实验鼠皮肤细胞转化为胚胎所需三种干细胞

    干细胞培育卵子精子前体细胞获成功 向着治疗不孕不育症迈出重要一步

    以色列将皮肤细胞变成早期胚胎细胞

    “设计婴儿”会出现吗? “体外配子”新技术引发伦理担忧

    新华社耶路撒冷5月2日电(记者陈文仙 吕迎旭)以色列研究人员在新一期美国《细胞-干细胞》杂志上报告说,他们在动物实验中成功将皮肤细胞转化为早期胚胎所需的三种主要干细胞,即可分化为胚胎、胎盘、脐带等组织的干细胞。

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    科技日报特拉维夫5月5日电 据此间媒体披露,以色列希伯来大学研究小组发现了一组基因,它们能够将小鼠皮肤细胞转化为构成早期胚胎的全部三种细胞类型:胚胎细胞、胎盘细胞和胚外组织细胞。研究人员表示,下一步将是利用皮肤细胞来创造一个完整的胚胎。

    美国布朗大学医学科学教授艾利·阿达西、哈佛大学法学院教授格伦·科恩、医学院院长乔治·戴利在日前出版的《科学转化医学》杂志发表论文,讨论了在实验室培养皿中制造出精子和卵子——所谓的“体外配子”技术的理论意义和可能会引发的伦理问题。

    研究人员说,这一成果不仅对研究胚胎和胎盘缺陷、解决某些不孕问题等具有重要意义,还意味着将来有可能在没有精子和卵子的情况下利用人类皮肤细胞培育出完整的人类胚胎。

    科学家希望有朝一日来自男性的皮肤细胞能够生成精子细胞,从而治疗不孕不育症。

    研究小组带头人、希伯来发育生物学和癌症研究系尤希·布甘尼姆博士解释说,他们实际所做的是将皮肤细胞转化为三种可以形成胚胎的干细胞。未来将可能组合这些细胞形成三维结构,并将其植入代孕母体内,最后获得婴儿。

    文章指出,最近已有多项实验证明,科学家们能在实验鼠身上使用IVG技术。不过,由于存在不少技术壁垒,人类配子无法由其他人体细胞制成,IVG目前尚不能在人体进行。作者们在文中写道:“生殖医学和再生医学领域的进步超乎我们的想象,在不远的将来,科学家们或许能在实验室培养皿中制造出人类精子和卵子,这一可能性为治疗不孕不育带来希望,但也会引发巨大的伦理问题,比如‘设计婴儿’,我们现在应该未雨绸缪,进行广泛而深入的探讨,提出相应的管理措施。”

    早在2006年,日本研究人员就发现,成体的皮肤细胞可以通过“重新编程”,回到类似天然胚胎中的干细胞那样的状态,有潜力重新分化成各种器官和组织,这类细胞被称作“诱导多能干细胞”。近年来,研究人员用诱导多能干细胞培育出了心肌细胞、肝脏细胞等多种细胞,但还没能用它培育出胎盘等组织。

    图片来源:南伊利诺伊大学

    研究人员包括大学生命科学研究所奥伦·拉姆博士以及计算机科学与工程学院汤米·卡普兰教授和两名博士生。他们使用新技术来仔细检查各种分子力,这些分子力控制着皮肤细胞重编程,决定细胞命运和胚胎发育的自然过程。

    实验鼠身上获成功

    以色列希伯来大学研究人员发现,将一组5个基因导入实验鼠皮肤细胞后,可将皮肤细胞同时转化为三种干细胞,它们可进一步分化为胚胎、胎盘,以及脐带等胚外组织。

    本报讯 以色列与英国研究人员利用人体皮肤细胞在实验室中培育出人类精子与卵子的前体细胞。尽管面临着大量争议和监管障碍,这一成就依然向着治疗不孕不育症迈出了重要一步。

    在具体的研究中,他们发现了5种基因的新组合,当基因新组合植入皮肤细胞时,它们将细胞重新编程为三种早期胚胎细胞类型。例如,Eomes基因让细胞呈现胎盘干细胞特性和胎盘发育,而Esrrb基因通过临时获得胚外干细胞特性来协调胎儿干细胞的发育。

    IVG指的是在实验室培养皿中,利用多能干细胞制造出精子和卵子细胞。这些多能干细胞可能是胚胎干细胞,或者诱导多能干细胞。科学家们通过对一些“成年”细胞进行重编程,使其“变身”为iPS细胞,这种细胞能再次变成多种类型的细胞。

    据介绍,此前有研究人员尝试在没有精子和卵子的情况下培育实验鼠胚胎,不过他们使用了从活的、正在发育的实验鼠胚胎相关组织中分离出的这三种干细胞,用它们重新培养实验鼠胚胎。而在本次研究基础上,有可能不“牺牲”活胚胎,利用皮肤细胞就能在试管中培育出实验鼠胚胎。

    这项试验利用诱导多能干细胞——能够分化成几乎所有细胞类型的一种再编程细胞——在小鼠体内培育出精子和卵子,这些生殖细胞随后通过体外受精技术产下了活体后代。

    布甘尼姆表示,他们的研究工作对胚胎疾病和胎盘功能障碍的建模,以及通过器皿培养人类胚胎解决某些不育症具有重要意义。将来有可能无需精子或卵子而从皮肤细胞中创造出完整的人类胚胎。不过,布甘尼姆说,这可能还需要50年的时间才能实现。他认为,利用皮肤细胞创造婴儿,需要将构成早期胚胎的全部三种类型细胞按照精准的比例,并在正确的环境下组成三维结构,才有可能获得胚胎。

    最近已报道了几个在老鼠身上开展IVG取得成功的例子。如2016年,日本科学家报告称,他们能在实验室培养皿中重现完整的实验鼠卵子生成过程。通过对实验鼠的胚胎干细胞或iPS细胞进行重编程,让其变为原始生殖细胞;接着将这些细胞同其他支持老鼠卵子发育的细胞混合,在实验室培养皿中制造出一个“卵巢”;然后向培养皿中添加多种激素及其他化合物,诱使这些细胞发育成卵子细胞。这些卵子细胞同精子结合,孵化出了一群健康的幼鼠。

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    研究人员在12月24日出版的《细胞》杂志网络版上报告了这一研究成果。

    此外,2016年2月,中国科学家首次实现小鼠胚胎干细胞体外分化并获得具有功能的精子细胞,且成功用其繁衍出老鼠后代。在实验中,南京医科大学沙家豪教授和中国科学院动物研究所周琪院士、赵小阳教授(现单位为南方医科大学)等人选取老鼠的胚胎干细胞,再用化学物质、激素和睾丸组织等加以引导,使之成为精子,再通过人工授精的方法将其注入老鼠卵细胞,成功使卵细胞受孕,并培育出健康的老鼠后代。

    早在2012年,日本京都大学干细胞生物学家Mitinori Saitou及其同事便培育出第一批人造原始生殖细胞。这些特化的细胞在胚胎发育过程中出现,并最终形成精子或卵子。Saitou利用iPS细胞技术,通过将皮肤细胞再编程为与胚胎类似的状态,从而最终在表面皿中培育出这些细胞。研究人员同时还能够利用胚胎干细胞培育出类似的原始生殖细胞。

    因此从理论上来说,科学家们或能借助IVG技术,用成年人的皮肤细胞制造出人类的精子和卵子。

    尽管这些细胞在表面皿中并不能超越前体细胞的状态,但Saitou发现,如果将它们植入小鼠的睾丸,这些细胞最终会演变为精子;而如果将它们放入卵巢,则会转化为功能性卵子。而得到的精子和卵子都能够用于体外受精。

    阿达西、科恩和戴利在论文中指出:“种种科学突破表明,通过对实验进行不断地优化,科学家们在不远的未来,可以借助人类干细胞,在实验室制造出卵子和精子。”

    如今,由英国剑桥大学Azim Surani和以色列威茨曼科学研究所Jacob Hanna率领的研究团队,利用人体皮肤细胞在实验室中培育出人类精子与卵子的前体细胞。

    好处与争议并存

    此次生物学家成功的关键在于找到了正确的起始点。在人类中重复这项技术的最大障碍在于小鼠与人类的胚胎干细胞从根本上说是完全不同的。小鼠的胚胎干细胞是“简单”的——很容易引入任何分化路径,而人类的胚胎干细胞则要“复杂”得多——这就导致其适应性较差。

    科恩表示,如果把IVG技术用在人类身上,将彻底变革医生们通过试管受精治疗不孕不育症的方式。目前,有生育问题的妇女可能会求助IVF,治疗期间,她们一般需要接受几周时间的激素注射来刺激卵子生成,然后通过手术取得卵子。

    然而Hanna注意到,这项差异却能够通过对细胞进行调整来克服,正如他与同事在2013年报告的那样。他的研究团队开发了一种技术,使得人类干细胞能够像小鼠干细胞一样“简单”。Hanna表示:“我们使用这些细胞加上Saitou的方案终于获得了成功,即能够高效率地得到了PGC。”

    IVG不需要这些步骤,而且,如果女性无法使用自身卵子,也不需要找到卵子捐赠者。这一方法还能产生大量卵子和精子细胞,让科研人员更容易研究胚胎和某些疾病的发育过程,加深对生殖细胞的科学理解。

    如今,Surani和Hanna报告说,他们能够利用来自男性及女性的胚胎干细胞和iPS细胞,以25%至40%的比例生成生殖细胞前体细胞。

    但IVG也可能引发新的伦理问题。比如,诊所可能会为客户制造数十个卵子或胚胎,让父母从中挑选出“理想”的胚胎,加强了人们对“设计婴儿”的担忧。此外,IVG可能使人们利用单个人的细胞生成精子和卵子,从而制造出“单亲婴儿”。不过,科学家们目前并不清楚来自男性的细胞是否能产生卵子或者相反,以及“单亲婴儿”是否存在与双亲孩童同样的健康问题;最后,如果精子和卵子细胞能由皮肤细胞制造而成,人们可能会在毫无知觉的情况下成为父母,这也会引发大量问题。

    美国加利福尼亚大学洛杉矶分校生殖生物学专家Amander Clark表示:“令人兴奋的是,Surani和Hanna的实验室已经找到了一种迄今为止最高效地生成祖生殖系细胞的方法。”

    研究人员还强调,论文中提到的有些令人忧心的情景要想变成现实,可能需要对人类遗传学进行更深刻的理解。“然而,即使在现阶段,我们也应该讨论IVG可能会引发的伦理问题。”

    《中国科学报》 (2014-12-30 第2版 国际)

    (科技日报北京2月2日电)

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