无性生育将到来?日本用雄性小鼠细胞造活卵,创造出“双父无母”小鼠|钛媒体焦点

据钛媒体App了解,林克彦带领的科研团队首次从雄性小鼠的细胞中培养出可受精产生后代的卵子,通过实验,最终共有600多个胚胎植入了雌性小鼠的子宫内,生产出7只小鼠。

(图片来源:unsplash)

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随着新技术不断涌现,小鼠的“无性繁殖”似乎不再成为梦想。

钛媒体App 3月19日消息,本月举行的第三届人类基因组编辑国际峰会上,日本大阪大学干细胞生物学教授林克彦(Katsuhiko Hayashi)宣布:其团队首次从雄性小鼠的细胞中培养出可受精产生后代的卵子,并成功创造出生物学意义上“双父无母”的小鼠。而且通过实验,最终共有600多个胚胎植入了雌性小鼠的子宫内,生产出7只小鼠,存活率约为1.1%。

钛媒体App注意到,上述研究成果于3月15日刊登在顶级期刊英国《自然》杂志上。同时发表的观点文章中,美国加州大学旧金山分校两位教授称,这是生殖生物学领域的一个里程碑。

“这是从哺乳动物的雄性细胞制造出健康的卵母细胞的第一个案例。”林克彦表示,该研究成果的意义在于,可以探索一种更好地理解配子发生的有效工具;用于研究和繁殖的配子的替代来源;了解和治疗人类不育症;通过基因筛选加速家畜繁殖;以及保护濒危动物等。
日本大阪大学干细胞生物学教授林克彦(Katsuhiko Hayashi)

右侧是日本大阪大学干细胞生物学教授林克彦(Katsuhiko Hayashi)

林克彦强调,“这项技术未来是否可行,不仅是科学技术上的问题,也是人类社会的问题。”

630个胚胎“无性繁殖”出7个幼崽

根据生物学理论,小鼠是利用母本和父本组合方式,产生完全成熟的配子、精子和卵母细胞来繁殖下一代。相比哺乳动物,小鼠繁殖能力较强且发育快,可以迅速克隆扩增,通常为3到4周离乳后即建立繁殖对以后的6到8个月,妊娠期大约20天。

因此,科学家一直通过小鼠和人类多能干细胞 (PSC) 重现这些发育途径,探寻其背后难以捉摸的生殖细胞繁殖能力机制,从而帮助科研人员更深入了解包括人类在内哺乳动物发育与疾病。

过去,科学家们也使用过基因工程的方式创造出同性父母的小鼠。比如,日本科学家河野友宏(Helen Pearson)培育了一批雄性化母鼠,它们被人为删除了一个最强力的雌性印记基因和一些基因元件,转而表达出强力的雄性印记基因。河野从雄性化幼鼠卵巢里取出不成熟的卵子,然后用一个去核的正常小鼠卵子将其催熟,由此产生了类似雄性印记基因的卵子。

2004年4月,河野友宏将这些“雄性化”卵子和普通的卵子相融合,得到了人类历史上第一只成功由孤雌生殖产生的幼鼠“辉夜姬”(Kaguya),相关研究已刊登在英国《自然》杂志上。

2018年,中国科学家周琪、李伟等人,同样采用删除印记基因的方法首次创造了孤雄生殖的小鼠,但植入代孕母鼠子宫的477个孤雄胚胎中,只有12个活到了出生,且大多数都有严重的浮肿,只有2只无表面问题的孤雄小鼠活了48小时以上。

同一年,一个重要的“黑天鹅事件”走入公众视野,全球热议——南方科技大学原副教授贺建奎对人类胚胎进行了基因编辑后,让研究参与者妊娠并产下了婴儿。因此,科学家看到通过胚胎干细胞以及基因编辑技术来产生具有同性父母的幼崽的可能性。

此次林克彦的研究实验,就是采用类似的体外细胞技术路线。

据论文显示,林克彦团队的研究人员从雄性小鼠尾巴中提取皮肤细胞后,通过引入逆转录病毒载体,将其转化为具有和胚胎干细胞类似的发育多潜能性、超强分化能力的诱导性多能干细胞(iPSC)来制造活卵,使用雄性小鼠的精子使卵子受精后,将产生的胚胎转移到雌性小鼠的子宫内。

整个过程中,由于Y染色体存在自然丢失的情况,研究人员在多轮细胞培养中挑选了自然失去Y染色体而且只有一条X染色体的干细胞(XO细胞),并通过逆转素抑制细胞分裂的一个关键检查点完成了X染色体的复制,进而获得了XX细胞。实际上,在过去的研究中,林克彦团队已经掌握了将小鼠干细胞转化为卵细胞的方法,他们同样使用先前的方法将XX细胞转化为卵子。

最终,研究人员将这些卵子进行了体外受精,并将产生的630个胚胎移植到雌性小鼠的子宫中,最终产下了7只明显健康的幼崽。存活率约为1.1%。林克彦称,这7只小鼠存活健康,且具有生育能力。
小鼠体外细胞繁殖的过程(来源:论文)

小鼠体外细胞繁殖的过程(来源:论文)

林克彦团队在论文中表示,结合本研究表明个体常染色体具有明显的错误分离倾向,它具有生物学意义和相关体细胞临床意义。而未来,该实验也需要多次传代方案作为研究和应用,才能更好体现基因组完整性。就优势来说,目前这一实验中,双父后代没有表现出任何明显的异常或过早死亡,从而可用于更广泛的物种。

不过需要注意的是,林克彦并没有披露小鼠目前的具体存活情况。财新认为,如果现在仍存活,小鼠已经至少有一岁半,而小鼠的平均寿命在一年半到三年左右,出生后6-8周即进入性成熟期。

这个研究成果的基因小鼠的存活率过于低,仅约为1.1%。而且,林克彦在演讲中披露此前发表在《科学》杂志的另一研究,细胞胚胎转入212个实验中,获得的幼崽只有11个,实验存在率仅为5.2%。因此意味着,这一实验成果暂时不具有广泛性。

目前,研究人员还不清楚其存活原因是实验技术上的问题还是生物学上的问题。

林克彦表示,后期团队用超过1500个卵母细胞和诱导性多能干细胞,迭代实验了12次,但无法获得后代,因为体外产生的卵母细胞和精子的生育能力较低,这是本研究的技术局限性,未来可以通过改进培养条件,以提高体外配子的质量。

人体临床试验有待验证,仍存在伦理、法律挑战

据钛媒体App了解,目前,林克彦团队正试图用人类、猴子细胞复制这一成就。

“纯粹就技术而言,即使在 10 年内(在人类中)也是可能的。”他在演讲中表示。

但是,该技术是否适合于人类、猴子身上还有待验证。林克彦团队成员斋藤三典(Mitinori Saitou)在演讲中表示,与小鼠分娩所需的9周相比,人类妊娠期要达到14周以上,猴子在12周以上,小鼠与其之间存在着巨大差异,意味着在胎儿发育过程中可能会出现更多问题。

加州大学洛杉矶分校干细胞生物学终身教授阿曼达·克拉克(Amanda Clark)表示,如果能将这项工作转化为人类细胞将是一个“巨大的飞跃”。

同时,伦理审查也是该研究带来的另一大挑战。

哈佛大学法学院专门研究医学伦理的法学教授格伦·科恩表示,这项新研究表明,整个社会需要尽早就体外配子发生的监管及其伦理影响进行讨论。2019年,科恩曾围绕干细胞制造人类精子、卵子的伦理、法律和道德的道问题提出思考,比如多余的胚胎是否会被商品化、个体在不知情的情况下被获取体细胞制造的卵子或精子成为父母在法律上如何定义,选择最佳胚胎造成的现代“优生学”问题等。

基于干细胞研究和应用的快速进展,该领域最大研究者组织国际干细胞研究学会(ISSCR)于2021年5月26日更新了《干细胞研究和临床转化指南》。首次提出,在一系列限定条件下,“可以权衡科学目标是否需要培养时间超过14天”。

近两年,在贺建奎事件下,中国在立法上也作出了相关技术做规制。

其中包括,科技部在2019年1号文件中提出,要“加快推进人类遗传资源管理立法工作,加强对基因编辑、人工智能、合成生物学等前沿领域技术研发的规制,有效应对伦理挑战和安全风险”;国家卫生健康委员会2019年2月26日发布的《生物医学新技术临床应用管理条例(征求意见稿)》,首次将“基因编辑”一词进入中国法律规范体系,明确将基因转移技术、基因编辑技术、基因调控技术、干细胞技术、体细胞技术、线粒体置换技术等列为高风险新技术,由国务院卫生主管部门直接管理等。

此外,这类科学研究的另一重要问题就是研究参与者的知情同意。对涉及人的生命科学与医学实验,研究招募的参与者可能对实验相关知识不甚了解,这可能需要对更多人进行普及教育。

随着基因编辑、体细胞等新生物技术发展突飞猛进,颠覆了人们对于生育、很多疾病治疗的认知体系。无论是科学研究的推进、讨论,还是全球对基因编辑技术的监管实践,人类胚胎研究正逐渐进入“深水区”,未来可能会有越来越多的相关新研究将涌现。(本文首发钛媒体App,作者|林志佳)

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  • 美国加州大学旧金山分校两位教授称,这是生殖生物学领域的一个里程碑

    回复 2023.03.20 · via iphone
  • 目前,林克彦团队正试图用人类、猴子细胞复制这一成就

    回复 2023.03.20 · via h5
  • 人类社会的问题?人类也想用用这技术?

    回复 2023.03.20 · via h5
  • 随着基因编辑、体细胞等新生物技术发展突飞猛进,颠覆了人们对于生育、很多疾病治疗的认知体系

    回复 2023.03.20 · via android
  • 随着新技术不断涌现,小鼠的“无性繁殖”似乎不再成为梦想

    回复 2023.03.19 · via h5
  • 厉害了,科学家们

    回复 2023.03.19 · via android
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