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兽医学院的研究人员与德克萨斯大学圣安东尼奥分校的科学家合作，改造血细胞，使其重新获得灵活的命运，成长为精子细胞的前体。
来自宾夕法尼亚大学的研究人员研究了绒猴(一种小型猴子物种)的精子生物发生。为绒猴可诱导多能干细胞提供适当的生长条件和信号，他们能够诱导细胞开始类似于原始生殖细胞，即在绒猴胚胎中发现的精子和卵子的前体。
不同的细胞类型，比如心脏、肝脏、血液和精子细胞，都具有帮助它们在体内完成独特工作的特性。一般来说，这些特征是与生俱来的。如果没有干预，心脏细胞不会自发地转化为肝细胞。然而，来自宾夕法尼亚大学兽医学院的研究人员，与德克萨斯大学圣安东尼奥分校和德克萨斯生物医学研究所的合作者合作，已经促使绒猴的血细胞获得干细胞的灵活性。然后他们引导这些干细胞具有精子前体的特征。在《eLife》杂志上，他们报告了他们逐步重组细胞的过程。这一发现——首次在小猴狨猴身上发现——为研究灵长类动物生物学和开发新的辅助生殖技术提供了新的可能性，如体外配子发生，一种在实验室培养皿中产生生殖细胞、精子或卵子的过程，类似于体外受精涉及在人体外产生胚胎的过程。
科学家们知道如何从小鼠的诱导多能干细胞中产生有功能的精子和卵子，但小鼠的生殖细胞与人类的生殖细胞非常不同。通过研究狨猴，它们的生物学特征与人类更相似，可以弥合这一差距。
为了了解如何产生生殖细胞，研究人员首先研究了绒猴胚胎的生殖细胞前体，而绒猴胚胎的生殖细胞前体从未被严格地描述过。他们发现，这些被称为原始生殖细胞(PGCs)的早期细胞具有某些可以随时间追踪的分子标记。对这些细胞进行单细胞RNA测序显示，PGCs表达了早期生殖细胞的特征基因和那些与调节基因表达的表观遗传修饰相关的基因。然而，PGCs不表达已知在生殖细胞发育过程中稍后开启的基因，当前体细胞迁移到卵巢或睾丸以完成成熟时。
他们的发现“与绒猴生殖细胞经历重编程过程的观点一致，”宾夕法尼亚兽医学院的助理教授Kotaro Sasaki说，该过程“关闭”某些标记，并允许PGCs继续进行生殖细胞发育阶段。研究人员在绒猴细胞中观察到的模式与在人类和其他猴子物种中发现的模式非常相似，但与小鼠的模式截然不同，这也是绒猴可以成为生殖生物学研究的有价值模型的另一个原因。
有了这些信息，该团队开始尝试在实验室人工重建开发过程。第一步:将血细胞转化为诱导多能干细胞(iPSCs)，这种细胞保留产生许多其他类型细胞的能力。
“我在细胞培养和诱导多能干细胞方面有很多经验，但为绒猴细胞建立稳定的培养是这项研究的一个困难部分，”Sasaki的实验室博士后研究员、主要作者Yasunari Seita说。经过多次试验和错误，并应用从小鼠、人类和其他研究中获得的经验教训，Seita找到了一种策略，使他能够生成并维持稳定的iPSCs培养。成功的关键是添加了Wnt蛋白控制的信号通路抑制剂，该抑制剂参与多种细胞功能，如细胞分化。下一步是从诱导多能干细胞转向生殖细胞前体。再一次，为了开发这种转换的协议，进行了大量的实验。最有效的方法是加入一种生长因子的混合物，成功地促使15-40%的培养物具有这些生殖细胞前体的特征。
Sasaki说:“我们很高兴看到这种效率，并能够扩展我们的文化，多次传递它们，并看到良好的指数级增长。这些细胞保持了关键的生殖细胞标记，但不表达与向性腺迁移相关的其他标记。”
在研究的最后阶段，研究小组诱导这些实验室培养的细胞具有晚期生殖细胞的特征。基于Sasaki和同事们早些时候在人类细胞中建立并在2020年《自然通讯》(Nature Communications)上发表的一篇论文中报道的方法，他们在一个月的时间里用小鼠睾丸细胞培养这些细胞。结果是，一些细胞成功生长，开始开启与晚期精子细胞前体相关的基因。
宾夕法尼亚大学和德克萨斯大学圣安东尼奥分校的研究团队正在开发研究绒猴的新方法，以利用该物种作为重要的研究模型。例如，狨猴的认知功能在许多方面与人类相似，因此可能会导致神经科学的新见解。对于Sasaki的研究小组来说，他们对生殖系统的发育最感兴趣，狨猴代表了研究正常和异常发育以及生育能力的新途径。他说:“当你考虑到体外配子发生等辅助生殖技术的临床应用时，可能会出现很多伦理、法律和安全问题。在我们转向人类临床翻译之前，我们肯定需要一个好的临床前模型来探索。”
Efficient generation of marmoset primordial germ cell-like cells using induced pluripotent stem cells
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