人“造”精子快来了,世界还需要男人吗?
阿兹姆·苏拉尼的研究团队正试图密切追踪胚胎干细胞变成未成熟精子的漫长发育途径。
科学家在模拟一项人体功能方面又向前迈进了一步,即干细胞分化成精子的自然过程,这项研究工作最终可能为不孕症提供新的治疗方法。
上个月,在伦敦举行的进步教育信托基金(PET)年会上,剑桥大学格登研究所(Gurdon Institute)生殖细胞系和表观遗传学研究负责人阿兹姆·苏拉尼(Azim Surani)在发言时表示,他和同事在通过实验室条件制造精子的道路上迈过了一个重要里程碑。在从人类干细胞到未成熟精子的发育途径中,该研究团队被认为率先到达了中间点。
这项研究意味着,有朝一日我们有可能通过干细胞乃至成人皮肤细胞来制造精子和卵子。
此前,科学家已经成功利用干细胞制造了可存活的小鼠精子,并用它们培育出健康的幼仔。此外,其他研究团队还曾将未成熟的人类生殖细胞注入小鼠睾丸中,制造出了表面看起来像精子的细胞,但它们不具备让卵子受精的能力。
“我们无法绝对肯定,它们是真正的类精子细胞,”苏拉尼说,“细胞拥有发育计时器,因此你必须让它们根据自己的内部时间表进行发育。”
使用人工制造的精子和卵子存在特定的安全隐患,因为任何遗传缺陷都可能传给子孙后代。
苏拉尼的研究团队正试图密切追踪胚胎干细胞(通过名为减数分裂的一系列复杂步骤)变成未成熟精子的漫长发育途径。在最初的几周里,注定发育成精子和卵子的细胞会遵循相同的路线。到了第八周左右的时候,它们将分道扬镳。在小鼠身上,仅过13天就会发生这种分化。
“挑战在于,人类的时间表非常长,”苏拉尼说道。
在最近的一项研究中,苏拉尼的研究团队展示,他们模拟的发育途径可以达到四周左右的“界标”,但最终的目标是迈过关键的八周“里程碑”,也就是精子和卵子分化成形的时候。
以此为目标,该研究团队开发了一种被称为“性腺类器官”的微型人造睾丸,它由一团悬浮在凝胶中的性腺细胞(也是在实验室中培育出来的)组成。把这些性腺细胞混合在一起,这似乎提供了一些正确的生物化学信号,从而推动干细胞进一步发育成精子。
生殖细胞中的DNA需要经历一个被称为“擦除”的过程,即通过暴露于环境来剥离留在亲代DNA上的化学标记。这些所谓的表观遗传标记物大多会在卵子受精不久后被擦除干净,其作用是限制父母生活经历对子女生物学特征的影响程度。然而,当胚胎干细胞发育成卵子或精子时,还会发生更加彻底的第二次重置。
苏拉尼最近的研究(已经提交给一家学术期刊发表)展示,实验室培养皿中的细胞也经历了这个过程。
“这个擦除过程更加彻底和全面,你在其他地方是看不到的,”苏拉尼说,“我们已经开始看到这个擦除过程了。”
如果未来要把实验室培育出的精子和卵子用于临床用途,那么确保它们能够复制人体的微妙之处将是极其重要的。而且,这还能提供一些线索,让我们探查导致不孕症的罪魁祸首。
“如果要用于临床环境,我们必须确定它经历了所有正确的阶段,这些步骤全都非常重要,”苏拉尼说,“你可以让一个卵子看起来像是卵子,但它的分子细节可能不正确。你可能因此遇到问题,你不希望它发育成某种奇形怪状的东西。”
谢菲尔德大学的男性学教授阿兰·佩西(Allan Pacey)没有参与上述研究,他也认同,对于未来的任何临床应用,精确复制正常精子的遗传活动将是首要任务。“我正试图摆脱这样一种概念,即它是某种看起来像精子的东西,因为那只是媒介而已,”他说,“重点是头部有什么以及DNA的质量,它看起来像什么其实不怎么重要。”
目前,英国的生育诊所还不得使用人工制造的精子或卵子来治疗不孕夫妇。然而,如果科学家完善了在实验室里制造生殖细胞的能力——苏拉尼预测,这至少还需要十年时间——那么监管机构可能有压力去修订法律,以应对新的可能性。例如,两个男人可以拥有跟双方都存在基因联系的孩子,办法就是使用一方的皮肤细胞制造卵子,以及利用另一方的细胞制造精子;被不孕不育问题困扰的女性则可以在实验室里培育卵子,无需服用药物刺激卵巢。
伦敦大学学院生殖科学和女性健康项目的负责人海伦·奥尼尔(Helen O’Neill)表示,人造生殖细胞的临床应用近期还无法实现。“在实验室里复制生殖过程,这件工作的目标在很大程度上是进一步加深我们对这些过程的理解,”她说,“我们对生命起源的基本机制知之甚少,这个事实令人惊讶。”
翻译:何无鱼
来源:The Guardian
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