俄勒冈健康与科学大学(OHSU)的研究人员开发出一种令人瞩目的新方法，使人体细胞能够表现得像卵细胞一样——这项技术可能会改变未来生育治疗的进程。
由生殖生物学家舒赫拉特·米塔利波夫(Shoukhrat Mitalipov)领导的团队将这一程序称为"mitomeiosis"。它借鉴了两种最基本的生物学过程：有丝分裂（允许细胞增殖）和减数分裂（生成精子和卵子）。这是科学家首次人工减少人体细胞的染色体数量，这是创造实验室培养的配子的关键一步。
将皮肤细胞转化为潜在的卵细胞
所有正常的人类细胞都包含46条染色体，共23对。卵子和精子各自只包含一组——23条未配对的染色体——因此当它们结合形成胚胎时，所产生的实体将包含完整的46条染色体。在实验室试管中复制这种减少一直是长期的挑战。科学家们一直难以复制减数分裂，这是身体自然减少生殖细胞染色体数量的方式。
OHSU的科学家没有尝试重新编程干细胞，而是采用了基于1997年多利羊克隆的变通方法。他们从人类卵子中移除细胞核，并将皮肤细胞的细胞核放入其中。卵子的细胞质——调节细胞分裂的内部液体——基本上接管了过程。皮肤细胞的染色体在没有首先复制其DNA的情况下，被迫进入类似于减数分裂的分裂状态，导致其染色体数量部分减少。
"我们完成了被认为不可能的事情，"OHSU胚胎细胞和基因治疗中心主任米塔利波夫说。"大自然给了我们两种类型的细胞分裂，而我们刚刚发明了第三种。"
强迫细胞分裂其染色体
该研究使用了来自21至35岁志愿者的270个卵子。一旦科学家将皮肤细胞的细胞核与空卵子结合，他们就观察到纺锤体纤维的形成——这些微小的机器负责分离染色体。在两小时内，超过四分之三的结合细胞形成了纺锤体，证明卵子机器正在准备整理染色体。
但有一个问题：新的杂交细胞难以自然完成这一过程。通常，精子进入会诱导卵子完成分裂并将一半的染色体释放到称为极体的小囊中。但在本实验中，精子本身无法触发杂交细胞。
为纠正这一点，研究人员使用了电穿孔——快速施加电流——和一种名为roscovitine的药物来使保持细胞"卡住"在分裂状态的蛋白质失活。组合方法奏效了。约69%的杂交卵子能够排出极体，超过一半形成了原核，即充满遗传物质的小球体，准备与精子结合。当将精子受精添加到混合物中时，超过四分之三的激活细胞发育出两个原核，这表明它们已成功受精。
早期混合胚胎
受精后，胚胎开始分裂。约83%的胚胎发育到两细胞阶段，近9%发育到囊胚阶段——这是在体外受精(IVF)治疗中通常转移胚胎的第一个里程碑。成功率虽然较低，但科学家首次创建了具有体细胞和精子遗传物质的人工胚胎。
基因测序显示染色体分离远非完美。在某些情况下，胚胎拥有全部46条染色体，而在其他情况下，它们失去或获得几条，形成了称为嵌合体的混合细胞类型斑块。平均而言，一半的细胞核染色体保留在胚胎中，其余被排除到极体中。与自然减数分裂不同，这种分离似乎是随机的，并不基于遗传学。
"这项工作表明，有可能使人体细胞表现得有点像卵子，"OHSU的工作人员科学家、主要作者努里亚·马丁·古铁雷斯(Nuria Marti Gutierrez)说。"现在任务是使其可靠，以便每个结果卵子都具有适当数量的染色体。"
临床应用前的漫长道路
尽管取得了这一进展，研究人员强调该方法远未准备好用于医疗。大多数胚胎在达到囊胚阶段前停止发育，许多表现出染色体错误，称为非整倍体。"非整倍体在人类卵子中相当常见，尤其是随着年龄增长，"米塔利波夫指出，"所以我们对此并不太惊讶。"
OHSU科学家估计，在这项技术可能在人体上进行测试之前，还需要十年的研究，即使如此，也要取决于获得临床试验许可——这在美国是一个巨大的飞跃。尽管如此，利害关系是引人注目的。该研究为体外配子发生(IVG)，即在实验室中创造卵子或精子，提供了一个可访问的窗口，这可能使那些缺乏可行配子的人群——如接受化疗的人——能够生育基因匹配的后代。
"除了为因卵子或精子缺乏而导致不孕的数百万人带来希望外，"OHSU医学院的合著者保拉·阿马托(Paula Amato)博士说，"这一程序将为同性伴侣提供一种可能性，使他们能够拥有与双方都具有遗传关系的孩子。"
承诺与问题
该方法处于生殖生物学的最前沿，既带来了希望也带来了担忧。在完善状态下，mitomeiosis可以使研究人员从皮肤细胞创造卵子，为极高龄产妇或无法正常产生卵子的女性带来希望。它甚至可能允许从同一人的细胞中创造精子或卵子，重新定义基因亲权。
目前，mitomeiosis是一个脆弱的概念验证。该过程不具有自然减数分裂的严格控制，形成的胚胎通常具有异常数量的染色体。科学家面临的障碍是最大化染色体排列、配对和分裂的方式，以便每个新卵细胞获得正确的23条染色体。
"这项研究是一个里程碑，"米塔利波夫说，"但我们才刚刚开始了解如何忠实地、安全地引导这一过程。"
研究的实际意义
如果完善，mitomeiosis可能会改变生殖医学。它可能有一天使那些因疾病、衰老或治疗而失去生育能力的人能够拥有与自己基因相关的子女。该方法还可能使同性伴侣能够使用自己的遗传物质怀孕。
除了生育能力外，了解人类细胞中染色体分裂的控制可能潜在地增强对遗传疾病、胚胎发育甚至癌症的知识。
这项研究使科学家向能够在实验室生产卵子和精子的目标迈进了一步，但也引发了关于应用此类技术的伦理问题。
研究结果已在线发表在《自然通讯》杂志上。
【全文结束】
