挑战人类生殖VIP免费

挑战人类生殖:用干细胞制造胚胎在小鼠体内，胚胎发育一周后，便出现约40个左右的原始生殖细胞。这个小小的细胞团进而在雌性小鼠体内形成成千上万的卵细胞，在雄性小鼠体内每天都能生成几百万个精细胞并能够遗传小鼠的全套遗传信息。Saitou想要了解在这些细胞发育过程中受到了那些信号的控制。在过去的十年中，Saitou已经通过辛苦研究确定了几个基因——包括Stella,Blimp1和Prdm14——这些基因的某种组合在某些时候对于PGCs的发育起到了至关重要的作用。利用这些基因作为标记，可以从其他细胞中筛选原始生殖细胞以观察这些细胞的变化。2009年，在日本神户的RIKEN发育生物学中心，他发现，当培养条件适当时，在精确的时间加入骨形态发生蛋白4（BMP4），可以胚胎干细胞转化为原始生殖细胞的。为了验证这一发现，他向胚胎干细胞提供高浓度的BMP4，结果显示，几乎所有的胚胎干细胞都变成了PGCs。他和科学家们都预计这一过程非常复杂。Saitou的方法严格遵循了自然过程，这与其他从事类似研究的人形成了鲜明的对比，以色列魏茨曼科学研究所的干细胞专家JacobHanna说。许多科学家尝试通过信号分子轰击干细胞在体外创造特定类型的细胞，然后筛选细胞混合物得到他们想要的细胞。但是他们忽略了这些细胞的自然形成过程和这些人造细胞与自然形成细胞的相似程度。Saitou找出了形成生殖细胞所需的条件，去除多余的信号干扰并将每个过程的时间精确控制，给他的同事们留下了深刻的印象。英国谢菲尔德大学的干细胞生物学家HarryMoore将这种生殖细胞发育的精确重现视为一场“胜利”。到了2009年，Saitou在小鼠生殖细胞出现之前从外胚层取了一些细胞，这成了研究的起点。但是想要真正掌握这个过程中，Saitou希望从细胞培养开始。当时正值Hayashi从英国剑桥大学回到日本，和Saitou一样，Hayashi在该领域先驱AzimSurani英国的实验室里完成了4年的研究。Surani盛赞这两位科学家说，他们的“气质、风格和解决问题的方法能够相互补充”。Saitou“处理事情时很有系统性、完成目标一心一意”，而Hayashi“工作时更有直觉、视角更广阔、处理问题方法相对更加宽松”，他说。“他们确实形成了一个非常强大的团队。”Hayashi加入了Saitou京都大学的团队，他很快就发现，那里不同于剑桥。在京都大学，Hayashi用在理论讨论上的时间比曾经少得多，而更多的时间都花在实验上。他说“在日本，我们只管‘做’，这有时是非常低效的，但有时又酝酿着巨大的成功”。Hayashi同样以外胚层细胞作为起点，但与Saitou不同的是，他试图培养一个能够产生原始生殖细胞的稳定细胞系。可惜这种方法没有奏效。Hayashi借鉴其他研究结果——一个关键调控分子(activinA)和生长因子（bFGF）可以将培养的早期胚胎干细胞转化成类似于外胚层细胞的细胞类型。这引发了Hayashi将这两个因素结合起来的想法，诱导胚胎干细胞分化为外胚层，然后采用Saitou之前的方法把这些细胞成为的PGCs。通过这种新的方法，他最终获得了成功。为了证明这些人造的原始生殖细胞是真实的拷贝，他们必须证明这些细胞可以进一步发育成精子和卵子。这一进程是非常复杂和难以理解的。所以研究小组将这一工作留给了自然——Hayashi将PGCs植入无法产生精子的小鼠的睾丸，观察这些细胞是否会发育。Saitou认为，这是可行的，但还是感到有些担忧。当实验进行到第3或4只小鼠时，他们发现小鼠的输精管里充满了精子。“这一切都发生得恰如其分，我知道他们会产生幼仔，”Hayashi说。研究小组将这些精子注入卵细胞中并植入雌性小鼠的胚胎，结果产生了大量的雌性和雄性后代。他们利用诱导多能干细胞（iPS）进行反复的实验，成熟的细胞被重新编程为胚胎状态。此外，精子被用于生产幼仔，证明它们具有基本功能——这是干细胞分化领域的罕见成就。Clark说：“这是整个多能性干细胞研究领域里在培养皿中生成全功能细胞类型少有的成功案例之一。”他们预计形成卵细胞更复杂，但是在去年，Hayashi在体外条件下制作有正常着色的原始生殖细胞并转入白化小鼠的卵巢，将产生的卵细胞体外受精后植入代孕。当透过幼崽半透明的眼睑看到黑色的眼睛时，他知道这一切又成功了。生殖细胞的回馈目前，...