以色列和英國科學家培養(yǎng)人類的卵子和精子，材料來自一個人的皮膚細胞。這一研究的成功將給不育癥的治療前進了一步，當然會面臨巨大的爭議和安全性審查。該研究12月24日在線發(fā)表在《細胞》上，科學家首先將皮膚細胞誘導成為誘導干細胞 (iPS)，這種細胞可以分化為任何細胞，包括精子和卵子。

自2012年10月開始，京都大學分子生物學家 Katsuhiko Hayashi和干細胞學家Mitinori Saitou等人體外培養(yǎng)出生殖原細胞后，就陸陸續(xù)續(xù)收到了許多夫妻的郵件，這些夫妻大多人到中年，仍然在為了一件事情焦急：要一個孩子。其中有一位英國的已經(jīng)停經(jīng)的婦女愿意親自來到京都大學他的實驗室尋找?guī)椭?，她寫道：“這是我唯一的愿望?！?/p>

回顧2012年的這篇論文，研究者當時以為只有發(fā)育生物學家才會對他的實驗結(jié)果感興趣。在體外條件下，利用小鼠的皮膚細胞創(chuàng)造可以發(fā)育成精子和卵子的原始生殖細胞（ PGCs ）。為了證明這些實驗室培養(yǎng)的原始生殖細胞與自然發(fā)育而成的原始生殖細胞類似，研究者利用它們生成了卵子，進而創(chuàng)造小鼠生命。（推薦閱讀：Stem cells： Egg engineers）

Hayashi教授當時表示，這個創(chuàng)造出來的小鼠生命僅僅是他研究的一個“副產(chǎn)品”，他的研究將意味著更多——利用不孕婦女的皮膚細胞為她們提供可受精的卵細胞。與此同時他還提出，男性的皮膚細胞也可以用來創(chuàng)造卵子，同樣，女性的皮膚細胞也可以生成精子。（事實上，研究結(jié)果發(fā)表后，許多同性戀發(fā)郵件給 Hayashi ，索要更多的信息。）

這種細胞起源于胚胎發(fā)育過程，個體成年后這種細胞可產(chǎn)生精子細胞和卵細胞。

過去人類細胞體外培養(yǎng)嘗試：成功率極低

干細胞學家Saitou教授使用動物皮膚細胞誘導成干細胞，使用胚胎干細胞也能完成同樣的任務。盡管他的細胞不能繼續(xù)發(fā)育，但是Saito發(fā)現(xiàn)如果將這些細胞移植到小鼠睪丸內(nèi)，這種細胞能分化成熟并產(chǎn)生有功能的精子，如果將這種細胞移植到小鼠卵巢內(nèi)，這種細胞能分化成熟并產(chǎn)生有功能的卵子，這種精子和卵子能在體受精。在人類細胞的同樣嘗試也取得部分成功，也能體外培養(yǎng)出生殖原細胞，但是成功率非常低，難以進行更多研究。

首次實現(xiàn)完全體外培養(yǎng)成熟精子和卵子細胞

英國劍橋大學Azim Surani團隊和以色列魏茨曼科學研究所Jacob Hanna團隊合作開展的這一研究，率先實現(xiàn)完全體外培養(yǎng)出成熟精子和卵子細胞。

生物學家此次成功的關(guān)鍵是找到合適的起點。 體外培養(yǎng)人類細胞的一個主要障礙是：老鼠和人類胚胎干細胞是根本不同的，小鼠胚胎干細胞是“幼稚”——容易被誘導分化成任意路徑；而人類干細胞是“成熟”的，他們的分化方式不能適應所有途徑。Hanna和他的研究小組隨后建立了一種方法來下調(diào)分化遺傳信號通路，由此構(gòu)建出了一種新型的iPS細胞，他們將之命名為“原始細胞”（ na？ve cell）。這些原始細胞似乎讓iPS細胞更進一步恢復了青春，更接近于能夠真正分化為所有細胞類型的原始胚胎狀態(tài)。由于這些原始細胞與它們的小鼠對應物更加相似，Hanna和研究小組認為可以將它們誘導分化為原始生殖細胞。

Hanna教授和他的合作者在去年的一篇論文中就表示認識到了上述問題，他們在論文中寫道，通過改造細胞可以克服上述困難。

如他們此次發(fā)表的論文中所述：原始生殖細胞（Primordial germ cells，PGCs）在未進入生殖嵴之前，既可分化為精原細胞，又可分化為卵原細胞，這種分化是由其和不同的生殖嵴細胞的結(jié)合所決定的。而此次他們的研究構(gòu)建了易于操控的試驗模型，用胚胎干細胞成人類原始生殖細胞（PGCs）的物質(zhì)hPGCLC（ hPGC-like cells），發(fā)現(xiàn)了SOX17基因是體外培養(yǎng)出成熟精子和卵子細胞的關(guān)鍵基因，CD38糖蛋白是添加在人類原始生殖細胞（hPGCLC）表面的marker（標記物質(zhì)）。

研究者通過添加一種發(fā)紅光的熒光標記物（CD38糖蛋白）到原始生殖細胞的部分基因上，可以精確估量出重編程的原始生殖細胞數(shù)量，結(jié)果顯示效率非常之高——多達40%的細胞變?yōu)榱嗽忌臣毎?；這一數(shù)量使得能夠進行簡單的分析。

科學家們還表示：原始生殖細胞還只是構(gòu)建出人類精子和卵子的第一步。在實驗室能夠完成一連串事件，推動成體細胞通過胚胎干細胞周期，變?yōu)榫踊蚵炎又埃€面臨著許多的障礙。舉例來說，在這一過程的某個點，這些細胞必須學會一種特技：在它們變?yōu)橛谢盍Φ纳臣毎耙獙⑺鼈兊腄NA分成兩半。

從研究者發(fā)表的文章提供的圖片可以看到，人類基因網(wǎng)絡(luò)完全不同于以往在小鼠中鑒別出的基因網(wǎng)絡(luò)，有可能會對未來的原始生殖細胞和其他早期胚胎細胞的研究造成重大影響。