近日，一支由日本科學家主導的科研團隊在《科學》雜誌上發表論文，帶來了生殖醫學的重要進展。以生物醫學研究的主要動物模型——大鼠為實驗對象，研究人員使用幹細胞在體外製造出“原始生殖細胞”，並且這些細胞在無精子的大鼠睾丸內可以成功產生了有功能的精子，最終孕育出健康的後代。
哺乳動物的精子和卵子都屬於配子，原始生殖細胞（PGC）則可以視為它們的前體，隨着在體內逐漸成熟，經歷多個階段的發育后，最終形成能受精的卵子或是有活力的精子。
過去近十年來，研究幹細胞的科學家們在小鼠身上做出諸多嘗試，在體外實驗中把小鼠的多能幹細胞轉化為類似於原始生殖細胞的細胞，即原始生殖細胞樣細胞（PGCLC），並且誘導這些細胞產生配子。然而，在小鼠實驗取得了開創性的成功之後，其他動物中一直還沒有成功案例。
此次，科學家們終於在大鼠身上實現了新突破，從多能幹細胞中獲得了可產生精子的原始生殖細胞，這一進展有助於加深理解配子產生的基本機制。更重要的是，相比小鼠，大鼠的生理特徵與人類更相似，這也意味着，我們距離在醫學等多種領域應用這種輔助生殖技術又近了一步。
東京大學小林俊寬（Toshihiro Kobayashi）教授和生理學研究所（NIPS）的平林真澄（Masumi Hirabayashi）教授領銜的團隊，在這項工作中開發了專門適用於大鼠幹細胞的新方法。他們發現，在培養皿中以懸浮狀態培養球形結構的幹細胞，可以將其轉變為上胚層細胞，過去小鼠幹細胞的研究提示，這是有效產生原始生殖細胞的關鍵狀態。
實驗結果表明，這些細胞會進一步展現出原始生殖細胞的早期特徵，包括基因表達模式。此外，與胚胎髮育過程中所需的支持細胞一起培養，其生長狀態還可以接近發育中期的原始生殖細胞。
隨後，科學家們把這些由幹細胞產生的原始生殖細胞樣細胞移植到了一些沒有精子的雄性大鼠的睾丸內。幾周后，通過熒光標記可以清楚地看到，動物睾丸的曲細精管中產生了精子！
人工授精的成功結果顯示，這些精子具備正常的功能：研究人員通過顯微注射把它們一個個注射到未受精的大鼠卵子中，再把受精卵移植到雌性大鼠體內。由此誕生的大鼠能健康生長，並正常地生育後代。
▲幹細胞在體外產生的原始生殖細胞在睾丸內產生了精子，並且通過人工授精使雌性大鼠生下了健康、可育的後代（圖片來源：參考資料[1]）
研究作者總結說，繼小鼠之後成功獲得了大鼠模型，這將為我們理解各種哺乳動物（包括人類）生殖細胞的發育特性填補空白，這對於體外生產生殖細胞的廣泛應用有重要意義。
參考資料：
[1] Mami Oikawa et al。， （2022） Functional primordial germ cell–like cells from pluripotent stem cells in rats。 Science Doi： 10.1126/science.abl4412
[2] Functional primordial germ cell-like cells from pluripotent stem cells in rats。 Retrieved Apr。 8， 2022， https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/en/about/press/page_00042.html