不是卵细胞也能变成卵细胞?这项技术很可以
2020-01-14 08:07

不是卵细胞也能变成卵细胞?这项技术很可以

本文来自微信公众号:把科学带回家 (steamforkids),作者:犀牛,题图来自:图虫


一种细胞变身为另一种细胞,其实并没什么稀奇的,中学都学过,细胞分化嘛。只需要细胞中的孙悟空——干细胞,分裂一下,来个七十二变,就能变成其他细胞。



分化过程实在太像多重影分身了,一个鸣人可以持续分裂出不同的多个鸣人


虽然有七十二变的本领,但我们身体里的干细胞都是守规矩的本分人,该变成什么细胞就变成细胞,绝不含糊。这是好事儿,不然来个大闹天宫,保不齐你就变成什么了。


但如果在治病救人的时候,能把干细胞的七十二变用活了,那可就真正能缺啥补啥了。请注意这不是传统医学所谓的“吃啥补啥”,而是肉少了一块,就让干细胞分化出一样的肉,在上面长好;哪个器官坏了,干细胞分化培养出一个一模一样的器官换上。原装正品,一级棒。


有没有这种干细胞,可以变身成其他币种(津巴布韦除外)的。


哪里有干细胞?从我们身体自然而来的有两种。


变化能力最强的是胚胎干细胞,顾名思义,这种干细胞取自胚胎。在一个受精卵刚分裂几次形成一个球的时候,从中获取胚胎干细胞。因为这时候细胞还没怎么分化,它们是以后所有细胞的最初形态。


想用自己的胚胎干细胞治病就没辙了,毕竟时光机器还未发明,不能穿越回自己还是胚胎的时候取干细胞。就算有了时光机,也会引发“胚胎悖论”:取了胚胎干细胞,也就意味着对胚胎的破坏,也就是活不到现在了,如果活不到现在,那也就不会回去取胚胎,那就还会活到现在……


我们出生成年了,身体上也还有干细胞,叫成体干细胞。但这些干细胞也传承自最初的胚胎干细胞,分成了骨髓干细胞、造血干细胞、神经干细胞……它们各自变身能力大大受限,只能朝特定方向变身。


大有全真教一代不如一代的势头:一个王重阳≈全真七子+北斗阵≈14个北斗阵……


全真教北斗大阵俯视图


这就大打折扣了,科学家也要找绝世武功。


终于在2006年,日本科学家山中伸弥练成神功,他把哺乳动物的普通细胞,经过一系列处理后,摇身一变,变回了干细胞,这种干细胞被称为“诱导性多能干细胞(iPS)”。iPS细胞的变身能力不输胚胎干细胞,关键还不会损坏胚胎,不存在伦理问题。6年后,山中弥生因这方面的贡献获得了2012年的诺贝尔奖。


山中伸弥的团队往细胞里放入了4个基因来诱导,使其变为多能干细胞。这几个基因是如何进入细胞的呢?需要进入细胞的班车,这个班车科学家最初用的是病毒,没想到吧。


比如我们所熟知的艾滋病病毒HIV,这类病毒不仅能进入我们的细胞,还能把自己的基因整合到细胞原来的基因组里。这个技能正符合科学家的需求,当然不能直接用,先要去掉病毒活性相关的序列,相当于给它拔了毒刺、摘了毒牙、去了毒囊,变成一个安全的细胞班车(慢病毒载体)。因为能改变基因组,所以这样的病毒也被用于基因改造的实验当中。


尽管诱导成了iPS细胞,有了变身能力,但毕竟班车还是来自病毒,还是会担心其潜在的安全问题,所以科学家一直在探索更好的方法。


2013年,北大邓宏魁教授的课题组率先用小分子化合物将普通细胞变身为一个干细胞,这称为化学诱导多功能干细胞(CiPSC)。小分子容易穿透细胞膜到达细胞内部,只要把它们溶在液体里就好,也不需要原来的病毒班车了。这个方法不仅方便简单,效果也更好。


泡了澡就变身了


那为什么要变成卵细胞?


因为卵细胞太难了。尽管新生女婴有几十万颗原始卵泡(卵泡里有卵母细胞,后者是卵细胞的前身),但到青春期时就降至约4万颗,而在整个生育年龄也就大约排卵400次,基本都是一次一颗。相比而言,精子的数量却可以不断得到补充。


而随着年龄增长或者外界的刺激,有可能造成有限的卵细胞质量下降,从而导致不孕。为了避免这样的状况,所以不少女性选择在合适的时候冷冻自己的卵,也不失为一种选择。


在进行试管婴儿的时候,也需要女性忍受促排卵带来的刺激。促排卵之后一次可以排多颗,试管婴儿的成功需要足够多的卵细胞。


如果让干细胞变身为足够多的卵细胞,不就可以解决问题了吗?


科学家也一直在着手研究。2016年,日本九州大学和京都大学的科研团队把它们的成果发表在了《自然》杂志上。他们首次成功用小鼠的iPS细胞在体外培养出了卵细胞,iPS细胞取自小鼠尾巴上的细胞诱导而成。以往最后都需要移植回卵巢中才能获得卵细胞,而这次全程都在体外培养。一共形成了大约4000个卵细胞,让它们和普通精子进行体外受精之后,获得了大约1300个受精卵,最终生出了8只小鼠。


实验用鼠


还是京都大学的研究人员,在2018年9月,利用人的iPS细胞培养出了卵原细胞(卵母细胞的前身)。理论上将其植入人卵巢中,就能变身为卵细胞了,不过因为伦理关系,这次研究也只能止步于卵原细胞了。这也表明了获得卵细胞的可能性。


科学家离想绝世武功越来越近了,细胞变身的戏法也越来越纯熟了。2019年12月,南开大学刘林团队在《Cell Reports》上发表了相关研究成果。这次没有先诱导为iPS细胞,而是直接将卵细胞的“发小”——颗粒细胞变向了卵细胞,最终变成的卵细胞也证明有正常的功能。


卵细胞的这位发小也不简单,其实颗粒细胞也有一定的变身能力(干细胞特性),但在体外培养的时候表现不佳。在卵细胞还是卵母细胞的时候,它们就陪伴在卵母细胞周围扶持着它,犹如众星捧月,直到卵母细胞成为卵细胞排出去后,它们才黯然退场。


颗粒细胞 扫描电镜图(《生殖生物学》)


这次研究中的处理方法,用的也是操作简单的化学诱导。这让未来看起来更加乐观,卵细胞的难题或许很快就不再难解决了。


虽然这次仍是在小鼠身上做的实验,但相信在人身上实现也只是时间问题。实验室里iPS技术正在走向成熟,虽然离我们设想的“缺啥补啥”还差一大截距离,而且涉及到卵、精还有诸多科学伦理问题没有解决,但这项技术还是为我们带来了满满的希望。


在2014年,日本就开始了利用iPS技术进行眼部疾病治疗的临床实验,但到2015年临床实验就被叫停了。


不过在2019年8月29日传来了好消息,全球首例通过iPS技术制成的眼角膜在日本移植成功。如果这样的治疗方案成熟,那多少人都将不用再等待眼角膜,能够提早恢复光明了。



参考文献:

https://shimo.im/docs/DghVjgqvqQ9wt9cq/


本文来自微信公众号:把科学带回家 (steamforkids),作者:犀牛
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