東京大學醫科學研究所幹細胞治療研究中心再生發生學領域的小林俊寬特任副教授、日本學術振興會特別研究員岩月研佑等人組成的研究團隊在與自然科學研究機構生理學研究所的平林真澄副教授、信州大學纖維學部的保地真一教授、奈良縣立醫科大學、京都大學、英國劍橋大學的研究團隊的國際聯合研究中，利用大鼠成功開發出了從著床後的受精卵中高效且穩定地製作被稱爲外胚層幹細胞的富潛能幹細胞的全新培養方法。此外，研究人員還發現這種外胚層幹細胞可以在比傳統方法更短的時間内製作出精子和卵子的來源——原始生殖細胞。該成果有助於闡明妊娠初期特別是著床前後受精卵發育的機制和配子的高效形成，有望爲生殖醫學研究和畜牧業的隊形變換做出貢獻。該成果於7月27日發表於國際科學期刊《Cell Reports Methods》線上版。
圖1：將精子細胞顯微授精到大鼠未受精卵中得到的大鼠幼仔（供圖：東京大學）
A. 由外胚層幹細胞製成的原始生殖細胞。紅色發光塊狀物的一部分爲原始生殖細胞。
B. 原始生殖細胞移植後2-3個月的精巢。精子形成區域顯示綠色螢光，組織剖切影像顯示存在未成熟的生殖細胞（DDX4：淺藍色）和精子/精子細胞（PNA：紅色）。
C. 將從B收集的精子細胞顯微授精到大鼠未受精卵中得到了大鼠幼仔。之後，健康成長爲成年體。
小鼠、大鼠等齧齒類動物與人類等非齧齒類動物的ES細胞、iPS細胞等富潛能幹細胞的性質存在差異。一般來說，齧齒類動物的富潛能幹細胞具有與著床前的受精卵相似的性質，而非齧齒類動物的富潛能幹細胞具有與著床後的受精卵相似的性質。因此，研究人員利用能夠評估受精能力的大鼠，開發了製作與著床後的受精卵具有相似性質的富潛能幹細胞——外胚層幹細胞的培養系統，在明確其特徵的同時，驗證了是否可以在此基礎上製作出生殖細胞。
從大鼠著床後的受精卵中提取被稱爲外胚層的多能性細胞簇，向培養基中持續添加可抑制細胞死亡的ROCK訊號抑制劑（Y27632）和具有抑制自發分化效果的Wnt訊號抑制劑（IWP2、XAV939）等低分子化合物後，發現可以在保持高增殖性和均勻的未分化性的情況下，製作出能夠培養的外胚層幹細胞。當應答所建立的大鼠外胚層幹細胞的基因表現時，發現其具有相比著床前受精卵更接近其來源的著床後受精卵的特徵。
接着，研究人員對是否能夠從大鼠外胚層幹細胞製作出原始生殖細胞進行驗證，發現在特定的培養條件下，能夠以約20%的比例製作出原始生殖細胞。將該原始生殖細胞移植到無法產生精子的大鼠精巢後，在移植約2-3個月後在部分精巢中觀察到精子和精子細胞的形成，將其顯微授精給大鼠的未受精卵後，發育成正常的幼仔。上述結果顯示，由大鼠外胚層幹細胞製造的原始生殖細胞具有可誕生健康個體的正常功能。
小林特任副教授表示：「本次開發的方法比以往更簡便，且能在短時間内大量製造大鼠的原始生殖細胞，因此適合需要大量細胞的大規模解析和藥劑的篩選，並有望爲生殖醫學的隊形變換做出巨大貢獻。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Cell Reports Methods
論文：Rat post-implantation epiblast-derived pluripotent stem cells produce functional germ cells
DOI：10.1016/j.crmeth.2023.100542
