体外引导干细胞启动减数分裂,为最终解决不孕症带来希望

一项由美国哈佛大学Wyss研究所与哈佛医学院联合开展的突破性研究,首次在体外引导人类诱导多能干细胞(iPSC)启动减数分裂。减数分裂是形成健康卵子和精子的最关键生物学过程。相关成果发表于最新一期《科学进展》,为理解人类生殖发育机制以及最终解决不孕症问题带来新希望。

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全球超六分之一的成年人会经历不孕症困扰。尽管辅助生殖技术如试管婴儿已取得长足进步,但许多病例的根本原因仍难以解决,尤其是源于生殖细胞发育早期阶段的缺陷。其中,减数分裂的异常被认为是重要源头。

减数分裂是一种特殊的细胞分裂方式,这一过程极为精密,任何环节出错都可能导致非整倍体胚胎,严重影响生育结果。然而,在实验室中复制这一复杂过程始终面临巨大挑战。传统方法通常尝试先将干细胞诱导为“原始生殖细胞”(PGC)状态,再促使其进入减数分裂,但效率极低且难以持续进展。

此次团队另辟蹊径,完全绕过PGC阶段,直接激活减数分裂程序。他们通过基因工程改造干细胞,使其一旦启动减数分裂便发出荧光信号,便于实时监测。随后,他们又系统筛选了多种基因组合,并结合两种小分子化合物,显著提升了减数分裂的诱导效率。

经过对超过64万个细胞的高通量测试,团队鉴定出3个关键调控基因:BOLLMEIOCHOXB5。令人意外的是,HOXB5此前并未被明确关联到减数分裂过程里,而此次发现揭示了其潜在的重要作用。

实验结果显示,在优化条件下,细胞可在约12天内完成减数分裂的前两个阶段——细线期和偶线期。到第15天,部分细胞进入粗线期,实现遗传物质交换。这是人类细胞在体外首次被明确诱导进入这一核心生殖过程。

研究还发现了一个引人注目的现象:当培养温度从常规的37℃降至34℃(接近睾丸生理温度)时,无论是源自男性还是女性iPSC的细胞,进入减数分裂的效率均显著提高。这一结果挑战了低温仅有利于精子生成的传统认知,为未来构建人工卵巢微环境提供了重要线索。

专家评论称,该成果逐步揭开人类生命孕育中最神秘的篇章,是迈向“人工配子”技术的关键一步,有望彻底改变生殖医学的格局。

本文采编:CY
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