Science Advances：世界上第一个用于大型哺乳动物的原始生殖细胞样细胞

时间：2022年12月13日

来源：Science Advances

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在推进辅助生殖和干细胞相关技术以拯救濒临灭绝的北方白犀牛的竞赛中，生物救援联盟宣布了一项重大突破:从北方白犀牛纳比尔的诱导多能干细胞中创造出原始生殖细胞样细胞(PGCLSs)。这一里程碑是由日本大阪大学的专家领导的，以前从未在大型哺乳动物身上实现过。现在还有最后一步要掌握，从保存的组织中生产人造犀牛配子(卵子和精子)。如果成功，这将提高胚胎的可用性和遗传多样性，并成为拯救北方白犀牛的基石。科学家们在《科学进展》杂志上最新发表的一篇论文中描述了从干细胞诱导PGCLCs的培养系统和过程。

Northern White Rhino Nabire at Safari Park Dvur Kralove — **图片:野生动物园Dvur Kralove的北方白犀牛Nabire，原始生殖细胞就是由它产生的**
图片来源:Khalil Baalbaki拍摄

33岁的Najin和她的女儿Fatu是地球上最后幸存的北方白犀牛。由于同类只剩下两只雌性，没有自然繁殖的可能性，北方白犀牛唯一的希望在于先进的辅助繁殖技术。生物救援联盟的科学家们已经通过精子与卵母细胞的体外受精培育出了北方白犀牛胚胎。胚胎注定要由南方白犀牛的代孕母亲孕育到足月。胚胎产生的关键是卵母细胞(卵细胞)和精子的可用性。Fatu是唯一的天然卵母细胞捐赠者，该项目仅能从4只雄性中获得冷冻精子，其中一些雄性与法图关系密切。利用干细胞相关技术(SCAT)，生物救援组织的科学家们旨在克服这一瓶颈:通过使用储存和保存的犀牛皮肤组织，原则上应该有可能创造诱导多能干细胞(iPCSs)，原始生殖细胞，最后是人造配子。这可能会使未来种群的创始人群体中的个体数量增加到12个，并允许产生更大量的卵母细胞。根据他们最近发表在《科学进展》杂志上的论文，该团队现在已经成功地从胚胎干细胞(ESCs)和诱导多能干细胞(iPSCs)中培养出原始生殖细胞(PGCs)——卵子和精子的前体。

在人类、犀牛或小鼠等有性繁殖的生物中，原始生殖细胞(PGCs)是精子和卵子的胚胎前体，它将遗传和表观遗传信息从一代传递给下一代。为了使它们从干细胞发育而来，它们需要一个非常特定的环境，在这个环境中来自激素或蛋白质的信号触发所需的形态和功能转变。这也包括体内细胞的迁移(PGC迁移)。来自大阪大学的生物救援科学家Masafumi Hayashi和Katsuhiko Hayashi及其团队首次在大型哺乳动物中成功地在培养系统中创造了这样的环境。他们为南方白犀牛和北方白犀牛建立了培养体系，前者可以获得胚胎干细胞，后者则使用从组织样本中提取的诱导多能干细胞。为了成功，他们需要识别必须在特定时间点引入系统的信号，以及它们触发pgclc发展的顺序。

科学家们依赖于小鼠模型的知识:2016年，Katsuhiko Hayashi和他的团队成功地制造出原始的生殖细胞样细胞，最终在实验室中受精的小鼠生殖细胞诞生了健康的后代。

通过反复改良，BioRescue团队在规定条件下从北方白犀牛Nabire中提取出PGCLCs。由于PGCs是配子的创始种群，这一成就为从北方白犀牛的诱导多能干细胞中产生功能性配子铺平了道路，这将有助于扭转它们的灭绝。一旦人工配子的创造成功，该计划就会与生物救援组织对自然配子进行的程序相结合:就像从法图身上获得的卵母细胞和从冷冻样本中解冻的精子一样，人工创造的卵子和精子将在实验室中进行体外受精。以这种方式培育的胚胎将被安全地储存在液氮中，直到有可能转移到代孕母亲那里。

在日本使用的南方白犀牛胚胎干细胞来自意大利克雷莫纳的Avantea实验室，由凯撒·加利的团队在那里培养。与此同时，新提取的北方白犀牛PGCs来自Fatu的姑姑Nabire的皮肤细胞，Nabire于2015年在捷克共和国的野生动物园dvvladimir Králové去世。Max Delbrück中心的Sebastian Diecke团队负责将它们转化为诱导多能干细胞。

所有生物救援程序都伴随着伦理风险评估，在意大利帕多瓦大学兽医、保护和动物福利伦理实验室的指导下进行。