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体外培养-产生真正的人造卵母细胞
作者: 来源: 发布于:2016-10-25 14:05:37 点击量:

小鼠卵细胞的前身是雌性原始生殖细胞(PGCs)。PGCs形成于胚胎发育的初期(约6.5天),经过一系列分裂形成卵母细胞,并在小鼠成年后在激素的调控下生成成熟的卵细胞。一直以来,利用多能干细胞诱导分化出具有活性的卵细胞是发育生物学研究的热点之一。

2011年,京都大学Mitinori Saitou实验室的同一研究小组成功地利用小鼠干细胞生成了功能性的精子。精子是身体的一些较简单的细胞,而卵母细胞则复杂得多。

2012年京都大学Mitinori Saitou实验室在Science发表了干细胞里程碑式研究成果:人造卵子,日本的研究人员成功地诱导小鼠干细胞成为了可生长发育的卵子,生成了健康的幼鼠。但是本研究中体外培养5天后,研究人员需要将这些PGCs原始生殖细胞移植入成年小鼠体内,只有这样才能获得卵母细胞。

 文献下载链接:Hayashi K, Ogushi S, Kurimoto K, et al. Offspring from Oocytes Derived from in Vitro Primordial Germ Cell–like Cells in Mice[J]. Science, 2012, 338(6109):971-5.【点击下载】

最新的这项研究则是在2012年研究基础上,进一步扩展了他们的培养技术,实现从整个胚胎干细胞到卵母细胞分化的过程,这个阶段在体内大约需要30天时间。2016年7月,Hayashi团队在实验室实现了小鼠卵巢环境的重建,为原始生殖细胞的发育提供了支持,从而生成成熟、可育的卵细胞。

文献下载链接:Hikabe O, Hamazaki N, Nagamatsu G, et al. Reconstitution in vitro of the entire cycle of the mouse female germ line[J]. Nature. 2016 Oct 17. doi: 10.1038/nature20104.  【点击下载】

   胚胎干细胞(ESCs)、诱导性多功能干细胞(iPSCs)培育卵细胞需要的步骤:

1. 诱导几个基因生成PGC样细胞(PGC-like),然后将其与雌性性腺体细胞混合,创造出了体外“重组卵巢”。这些细胞会逐渐失去PGC标志表达,开始表达卵母细胞标记。

2. 在培养基中生长了三周后,观察到了减数分裂前期的初级卵母细胞,添加一种雌激素抑制剂,使早期阶段的卵母细胞体外形成卵巢卵泡,再向培养基中加入促卵泡素和另外两种因子,使卵母细胞继续生长11天,组装出生发泡卵母细胞。

3. 成熟培养基中的生发泡卵母细胞就会成为减数分裂-捕获卵母细胞。

此研究进行了三次培养实验,获得了58个重组卵巢和3,198个生发泡卵母细胞,其中28.9%能成熟进入减数分裂II阶段。检测这些卵母细胞的质量,研究者对染色体分析发现其中78%的细胞有正确数量的染色体;又采用RNA测序方法,比对了体内卵母细胞和培养皿来源的卵母细胞的表达情况,结果424个基因出现了或高或低的表达变化,特别是线粒体功能的基因。

最后研究人员将这些卵母细胞与野生小鼠精子进行体外受精,共获得300多个胚胎,将这些胚胎移植至代孕鼠子宫,只有11例胚胎完成发育,这一技术生育下一代的成功率远远低于成年小鼠;而且培养出健康的,能正常发育的小鼠相对于野生型小鼠体质弱一些。

本研究为理解卵子形成进程提供了新的蓝图,也为实现人体小鼠胚胎干细胞(ESCs)和诱导多能干细胞(iPSCs)转化提供了技术铺垫。



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