俄勒岡健康與科學大學（OHSU）的研究人員開發出一種令人矚目的新方法，使人體細胞能夠表現得像卵細胞一樣——這項技術可能會改變未來生育治療的進程。
由生殖生物學家舒赫拉特·米塔利波夫（Shoukhrat Mitalipov）領導的團隊將這一程序稱為「mitomeiosis」。。 它借鑒了兩種最基本的生物學過程：有絲分裂（允許細胞增殖）和減數分裂（生成精子和卵子）。 這是科學家首次人工減少人體細胞的染色體數量，這是創造實驗室培養的配子的關鍵一步。
將皮膚細胞轉化為潛在的卵細胞
所有正常的人類細胞都包含46條染色體，共23對。 卵子和精子各自只包含一組——23條未配對的染色體——因此當它們結合形成胚胎時，所產生的實體將包含完整的46條染色體。 在實驗室試管中複製這種減少一直是長期的挑戰。 科學家們一直難以複製減數分裂，這是身體自然減少生殖細胞染色體數量的方式。
OHSU的科學家沒有嘗試重新程式設計幹細胞，而是採用了基於1997年多利羊克隆的變通方法。 他們從人類卵子中移除細胞核，並將皮膚細胞的細胞核放入其中。 卵子的細胞質——調節細胞分裂的內部液體——基本上接管了過程。 皮膚細胞的染色體在沒有首先複製其DNA的情況下，被迫進入類似於減數分裂的分裂狀態，導致其染色體數量部分減少。
“我們完成了被認為不可能的事情，”OHSU胚胎細胞和基因治療中心主任米塔利波夫說。 “大自然給了我們兩種類型的細胞分裂，而我們剛剛發明瞭第三種。”
強迫細胞分裂其染色體
該研究使用了來自21至35歲志願者的270個卵子。 一旦科學家將皮膚細胞的細胞核與空卵子結合，他們就觀察到紡錘體纖維的形成——這些微小的機器負責分離染色體。 在兩小時內，超過四分之三的結合細胞形成了紡錘體，證明卵子機器正在準備整理染色體。
但有一個問題：新的雜交細胞難以自然完成這一過程。 通常，精子進入會誘導卵子完成分裂並將一半的染色體釋放到稱為極體的小囊中。 但在本實驗中，精子本身無法觸發雜交細胞。
為糾正這一點，研究人員使用了電穿孔——快速施加電流——和一種名為roscovitine的藥物來使保持細胞“卡住”在分裂狀態的蛋白質失活。 組合方法奏效了。 約69%的雜交卵子能夠排出極體，超過一半形成了原核，即充滿遺傳物質的小球體，準備與精子結合。 當將精子受精添加到混合物中時，超過四分之三的激活細胞發育出兩個原核，這表明它們已成功受精。
早期混合胚胎
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受精后，胚胎開始分裂。 約83%的胚胎發育到兩細胞階段，近9%發育到囊胚階段——這是在體外受精（IVF）治療中通常轉移胚胎的第一個里程碑。 成功率雖然較低，但科學家首次創建了具有體細胞和精子遺傳物質的人工胚胎。
基因測序顯示染色體分離遠非完美。 在某些情況下，胚胎擁有全部46條染色體，而在其他情況下，它們失去或獲得幾條，形成了稱為嵌合體的混合細胞類型斑塊。 平均而言，一半的細胞核染色體保留在胚胎中，其餘被排除到極體中。 與自然減數分裂不同，這種分離似乎是隨機的，並不基於遺傳學。
“這項工作表明，有可能使人體細胞表現得有點像卵子，”OHSU的工作人員科學家、主要作者努里亞·馬丁·古鐵雷斯（Nuria Marti Gutierrez）說。 “現在任務是使其可靠，以便每個結果卵子都具有適當數量的染色體。”
臨床應用前的漫長道路
儘管取得了這一進展，研究人員強調該方法遠未準備好用於醫療。 大多數胚胎在達到囊胚階段前停止發育，許多表現出染色體錯誤，稱為非整倍體。 “非整倍體在人類卵子中相當常見，尤其是隨著年齡增長，”米塔利波夫指出，“所以我們對此並不太驚訝。 ”
OHSU科學家估計，在這項技術可能在人體上進行測試之前，還需要十年的研究，即使如此，也要取決於獲得臨床試驗許可——這在美國是一個巨大的飛躍。 儘管如此，利害關係是引人注目的。 該研究為體外配子發生（IVG），即在實驗室中創造卵子或精子，提供了一個可訪問的視窗，這可能使那些缺乏可行配子的人群——如接受化療的人——能夠生育基因匹配的後代。
“除了為因卵子或精子缺乏而導致不孕的數百萬人帶來希望外，”OHSU醫學院的合著者保拉·阿馬托（Paula Amato）博士說，“這一程式將為同性伴侶提供一種可能性，使他們能夠擁有與雙方都具有遺傳關係的孩子。 ”
承諾與問題
該方法處於生殖生物學的最前沿，既帶來了希望也帶來了擔憂。 在完善狀態下，mitomeiosis可以使研究人員從皮膚細胞創造卵子，為極高齡產婦或無法正常產生卵子的女性帶來希望。 它甚至可能允許從同一人的細胞中創造精子或卵子，重新定義基因親權。
目前，mitomeiosis是一個脆弱的概念驗證。 該過程不具有自然減數分裂的嚴格控制，形成的胚胎通常具有異常數量的染色體。 科學家面臨的障礙是最大化染色體排列、配對和分裂的方式，以便每個新卵細胞獲得正確的23條染色體。
“這項研究是一個里程碑，”米塔利波夫說，“但我們才剛剛開始瞭解如何忠實地、安全地引導這一過程。 ”
研究的實際意義
如果完善，mitomeiosis可能會改變生殖醫學。 它可能有一天使那些因疾病、衰老或治療而失去生育能力的人能夠擁有與自己基因相關的子女。 該方法還可能使同性伴侶能夠使用自己的遺傳物質懷孕。
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除了生育能力外，瞭解人類細胞中染色體分裂的控制可能潛在地增強對遺傳疾病、胚胎發育甚至癌症的知識。
這項研究使科學家向能夠在實驗室生產卵子和精子的目標邁進了一步，但也引發了關於應用此類技術的倫理問題。
研究結果已在線發表在《自然通訊》雜誌上。