为了防止北方白犀牛的灭绝，国际生物救援组织正在试图用干细胞制造人造卵细胞。
为了防止北方白犀牛的灭绝，国际生物救援组织正在试图用干细胞制造人造卵细胞。由莱顿大学的MDC的Sebastian Diecke和Micha Drukker领导的团队现在公布了结果在《Scientific Reports 》他们离实现这个目标又近了一步。
Fatu和Najin是世界上仅存的两只北方白犀牛——它们都是雌性。因此，这个亚种不能再自然繁殖，灭绝似乎是不可避免的。然而，生物救援联盟正在争分夺秒地工作，以确保北方白犀牛不会永远从我们的星球上消失。研究人员正在寻求一种双管齐下的方法:首先，他们正在开发先进的辅助生殖技术;其次，他们想在实验室中使用取自北白犀牛的皮肤细胞来培育诱导多能干细胞(iPS)，这种细胞最终可以发育成未成熟的卵细胞或卵母细胞。
来自赫姆霍尔兹协会(MDC)的分子医学中心团队，与慕尼黑、荷兰和日本的合作伙伴一起，现在已经朝着这个目标迈出了重要的一步。他们透露，他们已经成功获得了多能犀牛干细胞，并对其进行了深入研究。“我们的论文揭示了多能性——干细胞分化成身体所有细胞的能力，”MDC多能干细胞平台的主要作者Vera Zywitza博士说，该平台由Sebastian Diecke博士领导。“因此，这是人工生成犀牛卵母细胞道路上的一个重要里程碑。”
细胞工程的艺术
培养皿中的iPS细胞有可能发育成身体的任何细胞，包括BioRescue科学家想要培养的原始生殖细胞。研究人员正在与日本九州大学干细胞研究员林克彦教授的实验室密切合作。2016年，Hayashi成功地从小鼠的皮肤中培育出卵细胞，并对这些细胞进行人工受精，然后将它们植入雌性小鼠体内。用这种方法受孕的小鼠出生时健康且可生育。
Helmholtz Zentrum München和莱顿大学莱顿药物研究学术中心的干细胞研究员Micha Drukker教授和他的团队使用一种被称为episomal重编程的过程成功地产生了北方白犀牛的iPS细胞。这涉及到研究人员将被称为“质粒”的外源DNA分子引入他们获得的皮肤细胞。这些质粒含有基因，可以将皮肤细胞重新编程为iPS细胞。用这种方法产生的犀牛干细胞与人类的干细胞非常相似。“在显微镜下观察，它们与人类的iPS细胞几乎没有区别，”Drukker说，“它们对外部影响的反应也非常相似。”
这是生殖细胞培养的一个有希望的开端
iPS细胞有不同的状态:它们可以是幼稚的——多能性的“基态”——或者被启动。处于后一种状态的细胞被认为已达到胚胎发育的稍高级阶段。用小鼠干细胞进行的实验表明，当从启动状态转化为幼稚样状态时，它们特别擅长产生生殖细胞。然而，当科学家们第一次试图将犀牛细胞转化为幼稚样状态时，细胞死亡了。因此，研究人员将一种可以防止细胞死亡的基因导入犀牛细胞，并成功获得了幼稚iPS细胞。Zywitza解释说:“通过分析转录组数据，我们已经对这些细胞进行了详细的描述。成功转化为幼稚样多能性状态是产生生殖细胞的一个有希望的起点。”
然而，Zywitza和她的同事还不能进入下一个阶段。Zywitza解释说:“我们培育的iPS细胞含有持久的外来遗传物质，即重新编程因子和阻止细胞死亡的基因。这意味着我们不能用它们来制造生殖细胞，因为这些细胞有被病理改变的风险。”但是这些细胞对于研究犀牛干细胞还是非常有用的，可以更好地了解它们的不同状态。在他们的帮助下，科学家们可以探索发生在干细胞中的分子机制。这位科学家解释说:“例如，我们可以研究为什么犀牛的怀孕期是16个月，而小鼠的怀孕期只有21天，或者不同物种的器官是如何发育的。这教会了我们很多关于进化的知识。”
也需要卵巢组织
与此同时，Diecke的团队已经产生了更多的iPS细胞。他们使用RNA病毒而不是质粒来引入重编程因子。这些新的iPS细胞不包含任何不属于那里的东西。现在，科学家们正试图从它们身上产生原始生殖细胞。
这还不是全部：原始生殖细胞只有在被卵巢组织包围时才会成熟为卵细胞。从活犀牛或死犀牛身上获得这种组织几乎是不可能的。“所以我们不仅要创造原始生殖细胞，还要创造卵巢组织，”Zywitza解释说。柏林的科学家们正在与Hayashi密切合作，以实现这一目标。去年，他成功地用老鼠的干细胞培育出卵巢组织。
到目前为止共有数十个胚胎利用辅助生殖技术培育出来
与此同时，辅助生殖技术也在取得进展。今年1月，IZW的科学家们从Fatu身上收集了被称为卵母细胞的未成熟卵细胞。这些卵子是在意大利的Avantea实验室中成熟的，并用从一头死牛身上解冻的精子进行人工授精。目前共有14个北白犀牛胚胎被储存在零下196摄氏度的液氮中。在不久的将来，这些胚胎将被植入南部白犀牛的替代品中，以培育出健康的北部白犀牛幼崽。
14个胚胎的产生代表着生殖生物学上的巨大成功，但如果目标是重建北方白犀牛种群到一个自我维持的水平，这个数量并不大。“Najin和Fatu也是密切相关的，他们的基因组成在很大程度上是相同的，”IZW的Thomas Hildebrandt教授说，他领导着生物救援研究联盟。“由于年龄和生殖道问题，我们无法从Najin身上收集到任何可以发育成胚胎的卵母细胞，所以所有的14个胚胎都来自Fatu。因此，我们迫切需要一种互补策略，从更多的个体中创造配子——卵子和精子。”
保护世界上的物种，趁现在还来得及。
Diecke说:“生成有功能的北白犀牛卵将是我们研究的最高成就。”这种方法可以作为其他濒危物种的模式。如果从干细胞中繁殖成功，这项技术可以用来复活更多受到威胁或已经灭绝的物种。圣地亚哥阿诺德和梅布尔·贝克曼保护研究中心(Arnold and Mabel Beckman Center for Conservation Research)的冷冻动物园(Frozen Zoo)和柏林的IZW生物库(IZW biobank)保存着1000多种濒危物种的10000多个活细胞培养物。“这种宝贵的资源可以用来挽救濒临灭绝的物种，”Diecke说。北白犀牛的出现将仅仅是一个开始——尽管他补充说，他“宁愿我们永远不用我们的技术，在为时过晚之前做更多的事情来保护物种。”
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