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科学家首次体外培养人卵泡样细胞,助力研究不孕症

2017-06-13 15:45:29已围观次来源:新华社北京编辑:夏雪

  新华社北京6月13日电(记者喻菲)清华大学的科学家在世界上首次实现人类胚胎干细胞体外诱导为卵泡样细胞,这一研究将有助于改进辅助生育技术,或为研究女性卵巢早衰等疾病提供直接测试基因突变的体外模型。

  清华大学医学院教授纪家葵课题组的这一研究成果6月12日在国际权威学术期刊《自然-通讯》在线发表。

  纪家葵课题组的研究表明,在外源因子(GDF9与BMP15)与内源基因(DAZL和BOULE)共同作用下,人胚胎干细胞能分化为人类卵泡样细胞。这项研究为体外获得人类生殖细胞打开了新的思路。

  马来西亚华裔科学家纪家葵解释这项研究的初衷时说,与人的体细胞不同,只有生殖细胞能把父源和母源的基因染色体传到下一代。在遗传过程中,生殖细胞会进行独有的减数分裂、基因重组。生殖细胞如何调控这所有过程?怎样把上一代的基因传给下一代,又制造出多元化的基因组?每一代基因重组后,既要维持一定的保守性,又要有一定的多元化,这样的平衡是如何做到的?

  “这是最奇妙,最吸引我做生殖发育研究的地方。”纪家葵说。然而要研究人的生殖细胞发育过程非常困难。

  之前科学家主要通过小鼠之类的动物来研究生殖发育过程。但人的基因组与小鼠的有很大差别。尽管在知情同意的情况下,科学家在临床上可以获得一些人的生殖细胞样本,但样本量很小,经过分选后,一般只能获得几十个或几百个有活性的细胞。然而分子实验和细胞实验需要的细胞量通常是百万级或千万级的,这使得相关研究受到很大限制。

  “我们需要建立一个可供开展实验的体外体系,深入了解生殖发育过程中的各种机制。因此,我们想到用人的胚胎干细胞,诱导它进入减数分裂,进而发育成为成熟的生殖细胞,即精子或卵子。”纪家葵说。

  

  人类卵泡样细胞体外分化体系流程(受访者提供)

  纪家葵团队曾于2009年在《自然》杂志上发表文章,介绍了其成果:在世界上首次用人的胚胎干细胞分化培育出原始生殖细胞以及类精子细胞。

  虽然国际上也有其他科学家做过类似的实验,但是都没有使人生殖细胞分化到这样成熟的阶段。2015年英国科学家与以色列科学家合作,用人的干细胞分化出原始生殖细胞。2016年日本科学家用小鼠的干细胞分化出类卵细胞。

  在体外成功培育出人的类精子细胞后,纪家葵团队想了解人的卵巢、卵泡是否也能在体外培育。

  “卵泡是由一个卵母细胞和周围许多颗粒细胞所组成。在体外诱导分化时,能否也产生颗粒细胞?我们一开始担心不能成功。”纪家葵说。

  这其中,寻找到促进卵泡发育的生长因子非常关键。科学家发现,人体内每一个发育阶段都有很多不同的生长因子发挥重要作用。在细胞培养中什么阶段添加哪些生长因子,添加的时间和浓度是多少,这些都需要一点点尝试。

  “我们比较幸运,试了四五种不同的生长因子,就找到了GDF9与BMP15生长因子的组合。”纪家葵的好运还包括他在一次香港的学术会议中,遇到了一位美国研究生殖发育的专家。他对纪家葵的研究很感兴趣,并提供了他们实验室生产的生长因子,比纪家葵团队原先使用的效果更好,提高了实验效率。

  实验人员在观察显微镜下的胚胎干细胞。记者喻菲 摄

  经过一年多的尝试,纪家葵团队成功地在显微镜下,观察到由胚胎干细胞培养出的颗粒细胞从单层生长到多层,包裹着卵母样细胞,就像许多士兵围绕着皇后。

  获得了这些细胞,只完成了研究的三分之一。课题组又花了约三年时间用分子生物学、基因组学等很多指标验证培养出的细胞到底是不是卵泡。

  “我们使用了所有能使用的科学指标进行对比,这些体外培养出的细胞与体内细胞非常接近,但我们还只能称其为卵泡样细胞或类卵泡细胞。下一步,我们希望将实验的效率提高一个数量级,获得更多的卵泡样细胞,还希望培养出更成熟的有腔卵泡,验证它们是否具有卵子的功能。”纪家葵说。

  帮助不孕不育的病人,是这个课题组的最终目标。“有些女性在35岁前就绝经了,不能生育后代,如何去帮助这些卵巢早衰的病人呢?我们或许能通过体外生殖细胞实验,研究是否是某种基因突变造成了不孕,这样就可以用医学手段去帮助这些病人,有针对性地研发药物。”纪家葵说。如果能在体外培养出成熟的精子、卵子,也能帮助那些完全不能产生精子或卵子的病人。

  此外,纪家葵课题组还正在天舟一号货运飞船上,开展微重力条件下人胚胎干细胞分化为生殖细胞的实验,研究太空环境对人类生殖的影响,探索人类在太空生育后代的可能性。

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