首批从干细胞培育出的早期人类卵子

# 干细胞培育出首批早期人类卵子——Conception | 推动生育力的未来 来源：https://www.conception.bio/science-and-updates/the-first-early-human-eggs-from-stem-cells ## 为何这很重要 用干细胞制造可育卵子在小鼠身上已经成功实现。2016年，我们的合作者Katsuhiko Hayashi证明，小鼠皮肤细胞可以转化为"诱导多能干细胞"（iPSCs，一种经工程改造、能变成体内任何类型细胞的细胞），然后再转化为可用的卵子。这些卵子产下了健康的幼崽，它们寿命正常，并能自然繁殖，生下自己的健康后代。 ###### ***图2** – 由多能干细胞来源的卵子培育出的成年小鼠（Hikabe et al., 2016）* 这一过程被称为"体外配子生成"（IVG），在小鼠中实现远比在大型动物中容易。尽管如此，鉴于这项技术可能带来巨大影响，将其应用于人类是值得追求的。 **IVG有潜力重新定义全球的生殖方式。只需一次简单的抽血，就能为一个家庭制造出所需数量的健康卵子。** 这项能力可以打破生物学和遗传学的限制。它可能极大地扩大家庭拥有健康后代的选择范围，并让女性在更大年龄生育——所有这些都无需目前试管婴儿所需的大剂量激素注射或手术取卵。 这项技术是有史以来最复杂的疗法之一。我们不仅仅是在制造单个细胞类型；我们正在实验室中用干细胞构建整个微型卵巢，因为完整的器官对于卵子的正常发育至关重要。我们很高兴地宣布，我们已经向这一目标取得了极其重大的进展，并希望分享一些我们过程的细节。 ## 我们的方法：在实验室中制造微型卵巢 ###### ***图3** – Conception从干细胞制造卵细胞的整体流程* > Conception的理念很简单：没有有用的捷径。仅仅表达几个卵子标志物的细胞是不够的。我们需要尽可能忠实地重建自然所用的序列，并在每个主要阶段用人类发育的基准来校准我们的细胞。 我们的方法遵循了图3中卵子发育的主要步骤。在抽取血样后，我们将一部分血细胞转化为iPSCs，然后引导iPSCs逐步成为发育中卵巢里的每一种细胞："原始生殖细胞"是最终将成为卵子的细胞，"卵巢辅助细胞"则是为卵子提供必需信号的支持性角色。这些细胞共同形成"微型卵巢"，即模拟真正人类卵巢的小型三维"细胞球"。 下图左侧展示了我们的微型卵巢肉眼观察的样子。中间图像显示这些微型卵巢在显微镜载玻片上的薄切片；每个白色圆圈是微型卵巢的一个切片。这些切片随后用于我们右侧的图像分析，我们用细胞和阶段特异性染料对微型卵巢进行染色，以了解它们如何发育。 ###### ***图4** – Conception微型卵巢示例* 在我们的研究中，我们生成数千个微型卵巢，包含数百万个未来的卵细胞，以便并行研究、改进和校准它们的发育。 在微型卵巢内部，原始生殖细胞被它们所需的卵巢辅助细胞包围，从而进入卵子发育的下三个阶段： 1. 原始生殖细胞向"卵原细胞"阶段发展 2. 卵原细胞进入减数分裂，这是制造卵子所需的特殊细胞分裂 3. 当它们成为早期卵细胞时，会形成卵泡，即容纳每个卵子的基本卵巢单元 在这个过程中，我们严格按照一个内部构建的、包含大量人类卵巢分子数据的参考图谱来校准细胞身份。这个图谱包含数百万个数据点，涵盖了大量测序特征，反映了细胞生物学的多个层面。与这一图谱的比较（包括使用我们专有的深度学习模型）使我们能够自信地规划生物学前进路径，同时确认我们方案的保真度，从而保证细胞的质量。 对我们来说，成功的最重要衡量标准之一是功能——这些细胞能否忠实地执行真正卵巢中细胞所扮演的相同角色？我们将在以下每个步骤中介绍我们如何校准这一点。 ### 1、我们的微型卵巢帮助未来卵子发育 我们的微型卵巢成功的早期标志是，我们看到其组织紧密模拟了发育中人类卵巢的结构。卵原细胞形成小的"细胞巢"——由薄边界层（下图中蓝色）包围的特殊卵巢结构，未来卵细胞在其中以群组和链状连接在一起（品红色）。在卵巢中，这些结构有助于分离和组织发育中的卵细胞，因此，在我们的微型卵巢中看到它们的形成，表明组织正在以与人体内相同的方式发育。 ###### ***图5** – Conception干细胞来源的微型卵巢（左）与自然人类卵巢（右）的对比* **左侧显示的所有细胞均源自干细胞。**它们独立开始形成这些卵巢结构，培养基中没有自然人类细胞，也没有人为地强制细胞形成这些形状。我们觉得观察这一过程非常神奇。 ### 2、我们的未来卵细胞进行减数分裂 我们体内的大多数细胞含有两组染色体——一组来自父母各一方，而卵细胞只含有一组染色体。减数分裂是卵子发育中的标志性事件之一，也是卵子最终只含一组染色体的方式。它必须以极其精确的方式发生，因为染色体错误可能导致妊娠失败或遗传异常。 减数分裂是最难做好的事情之一。染色体必须与其匹配的伙伴配对，交换DNA，并在体内保持有组织状态数十年。这就是为什么下一个结果对我们如此重要：在我们iPSC来源的细胞中，我们看到减数分裂所需的机制正在按照应有的方式组装。 ###### ***图6** – 减数分裂I进展步骤。Conception干细胞来源的（上图和右图）与自然人类（下图）未来卵细胞对比* *干细胞来源的生殖细胞显示出减数分裂染色体配对机制的组装。这对于任何可信的人类IVG路径来说都是一个必要的证明点。* 一个有用的比喻是将其想象为沿着每对染色体形成一条拉链。在我们的细胞中，减数分裂机制的关键结构蛋白以长而连续的轨迹加载到染色体上，这与细胞正在早期减数分裂中进展相一致。 我们不仅看到基因标志物开启，还观察到细胞机制在正确的位置和顺序中出现，所有这一切都在一个完全来源于干细胞的系统中。 我们还看到了细胞向早期卵细胞过渡时预期的更广泛的分子特征。我们观察到关键的初级卵母细胞基因被激活，包括参与卵子生长、透明带（卵母细胞周围的保护性"卵壳"）形成以及帮助保护发育中卵子的程序的基因。 ###### ***图7** – 早期卵细胞标志物。Conception干细胞来源的（上图）与自然人类（下图）卵泡中的早期卵细胞对比* 综上所述，所有这些表明我们的干细胞来源细胞正在通过减数分裂，并激活早期卵细胞基因，正如在这个阶段应该正常发生的那样。 ### 3、我们可以制造完全源自iPSC的卵泡 进入减数分裂后，人类卵巢中的未来卵子进入一个漫长的静息期。在这个阶段，细胞帮助形成一个原始卵泡：一个卵细胞被一层紧密连接的支持细胞包围。这是卵巢最基本也是最重要的单元。 下方左侧，与我们认为是人类历史上第一个完全由iPSC制造的卵泡并列展示（右侧是来自实际人类卵巢的卵泡）。发育中的卵细胞显示为品红色，周围的支持细胞显示为黄色，蓝色显示的是包裹每个卵泡的薄边界。当早期卵细胞进行减数分裂时，黄色的支持细胞附着在它们身上并开始滋养它们。它们围绕每个早期卵细胞组织成一个扁平的细胞层，并沉积薄边界，重现了早期人类卵巢发育的标志性结构。 ###### ***图8** – 早期卵细胞标志物——Conception干细胞来源的卵泡（左）与自然人类卵泡（右）对比* **生成完全干细胞来源的卵泡，且其中的早期卵细胞已通过减数分裂进展，是朝向制造可育成熟卵子迈出的重要一步。据我们所知，这是世界首例。** ## 干细胞来源卵子的下一步 虽然我们已经走了很长的路，但仍然有更多工作要做。我们剩下的最大一步是将iPSC来源的卵泡从早期阶段（原始卵泡）培育到最后"窦状卵泡"阶段。在窦状卵泡阶段，卵母细胞已经长得更大，达到试管婴儿医生会通过手术取出的阶段。我们相信这应该是完全可行的，因为我们之前已经用捐赠的人类组织实现了这一点（下图）。 ###### ***图9** – 实验室培育的人类卵泡，细胞来源于捐赠的人类卵巢组织。从原始卵泡到窦状卵泡各阶段* 除此之外，我们的重点将是验证我们流程的安全性和卵子的质量。这项技术的安全标准极高，我们非常认真地对待这一责任。在这项工作可能被考虑用于临床之前，我们需要深入描述过程的每个步骤，既包括现有的进展，也包括未来完全成熟的卵细胞。这还包括更深入的动物模型开发和安全性验证。 ## 如果你觉得这很酷，请与我们联系 我们非常兴奋地分享我们所从事工作的一小部分，如果你能从我们的工作中受益，我们很乐意听到你的意见。请随时发送电子邮件至[[email protected]](mailto:[email protected])。 如果你认为你拥有可以做出贡献的技能，请查看我们的职位空缺（https://jobs.ashbyhq.com/Conception）。我们相信这是生物技术领域最具挑战性和最令人兴奋的研究项目，它可能最终成为我们这一代人中最具影响力的技术之一。我们正在积极招聘，所以如果某个职位看起来适合你，请申请或给我们发邮件。 ###### *感谢所有全职团队成员：Abbie Groff, Andrew Denys, Angelica Aguilar, Anouk Killaars, Bianka Seres, Christina McKee, Christine Mowad, Cierra Walker, Darrin Goodness, David Read, Ellen Gregory, Emily Dwyer, Erika Paulson, Gabe Manske, Görkem Garipler, Hadja Stringfellow, Isabella Bagdasarian, Isabella Saldana, Jasmine Temple, Jason Lee, Jen Trecartin, Jennifer Shah, Jeremy Lotto, Kim Savio, Lauren Byrnes, Martin Kinisu, Matt Krisiloff, Megan Sheridan, Nate Meyer, Navied Akhtar, Raphael Hernandez, Ryuta Yokogawa, Sam Dattilo, Savannah Bever, Si Yi Zhang, Silvia Llonch, Tessa Bertozzi, Tiama Hamkins-Indik, Tisha Bohr, Valentina Podhajny Rey, Valeria Aviles, Yuri Murphy。同时也感谢兼职和曾经贡献过的团队成员。* 目录 - 摘要 (https://www.conception.bio/science-and-updates/the-first-early-human-eggs-from-stem-cells#intro) - 为何这很重要 (https://www.conception.bio/science-and-updates/the-first-early-human-eggs-from-stem-cells#section-1) - 我们的方法：在实验室中制造微型卵巢 (https://www.conception.bio/science-and-updates/the-first-early-human-eggs-from-stem-cells#section-2) - 我们的微型卵巢帮助未来卵子发育 (https://www.conception.bio/science-and-updates/the-first-early-human-eggs-from-stem-cells#section-3) - 我们的未来卵细胞进行减数分裂 (https://www.conception.bio/science-and-updates/the-first-early-human-eggs-from-stem-cells#section-4) - 我们可以制造完全源自iPSC的卵泡 (https://www.conception.bio/science-and-updates/the-first-early-human-eggs-from-stem-cells#section-5) - 干细胞来源卵子的下一步 (https://www.conception.bio/science-and-updates/the-first-early-human-eggs-from-stem-cells#section-6) - 如果你觉得这很酷，请与我们联系 (https://www.conception.bio/science-and-updates/the-first-early-human-eggs-from-stem-cells#section-7)