东京大学医科学研究所干细胞治疗研究中心再生发生学领域的小林俊宽特任副教授、日本学术振兴会特别研究员岩月研佑等人组成的研究团队在与自然科学研究机构生理学研究所的平林真澄副教授、信州大学纤维学部的保地真一教授、奈良县立医科大学、京都大学、英国剑桥大学的研究团队的国际联合研究中，利用大鼠成功开发出了从着床后的受精卵中高效且稳定地制作被称为外胚层干细胞的多能干细胞的全新培养方法。此外，研究人员还发现这种外胚层干细胞可以在比传统方法更短的时间内制作出精子和卵子的来源——原始生殖细胞。该成果有助于阐明妊娠初期特别是着床前后受精卵发育的机制和配子的高效形成，有望为生殖医学研究和畜牧业的发展做出贡献。该成果于7月27日发表于国际科学期刊《Cell Reports Methods》线上版。
图1：将精子细胞显微授精到大鼠未受精卵中得到的大鼠幼仔（供图：东京大学）
A. 由外胚层干细胞制成的原始生殖细胞。红色发光块状物的一部分为原始生殖细胞。
B. 原始生殖细胞移植后2-3个月的精巢。精子形成区域显示绿色荧光，组织切片图像显示存在未成熟的生殖细胞（DDX4：浅蓝色）和精子/精子细胞（PNA：红色）。
C. 将从B收集的精子细胞显微授精到大鼠未受精卵中得到了大鼠幼仔。之后，健康成长为成年体。
小鼠、大鼠等啮齿类动物与人类等非啮齿类动物的ES细胞、iPS细胞等多能干细胞的性质存在差异。一般来说，啮齿类动物的多能干细胞具有与着床前的受精卵相似的性质，而非啮齿类动物的多能干细胞具有与着床后的受精卵相似的性质。因此，研究人员利用能够评估受精能力的大鼠，开发了制作与着床后的受精卵具有相似性质的多能干细胞——外胚层干细胞的培养系统，在明确其特征的同时，验证了是否可以在此基础上制作出生殖细胞。
从大鼠着床后的受精卵中提取被称为外胚层的多能性细胞簇，向培养基中持续添加可抑制细胞死亡的ROCK信号抑制剂（Y27632）和具有抑制自发分化效果的Wnt信号抑制剂（IWP2、XAV939）等低分子化合物后，发现可以在保持高增殖性和均匀的未分化性的情况下，制作出能够培养的外胚层干细胞。当确认所建立的大鼠外胚层干细胞的基因表达时，发现其具有相比着床前受精卵更接近其来源的着床后受精卵的特征。
接着，研究人员对是否能够从大鼠外胚层干细胞制作出原始生殖细胞进行验证，发现在特定的培养条件下，能够以约20%的比例制作出原始生殖细胞。将该原始生殖细胞移植到无法产生精子的大鼠精巢后，在移植约2-3个月后在部分精巢中观察到精子和精子细胞的形成，将其显微授精给大鼠的未受精卵后，发育成正常的幼仔。上述结果显示，由大鼠外胚层干细胞制造的原始生殖细胞具有可诞生健康个体的正常功能。
小林特任副教授表示：“本次开发的方法比以往更简便，且能在短时间内大量制造大鼠的原始生殖细胞，因此适合需要大量细胞的大规模解析和药剂的筛选，并有望为生殖医学的发展做出巨大贡献。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Cell Reports Methods
论文：Rat post-implantation epiblast-derived pluripotent stem cells produce functional germ cells
DOI：10.1016/j.crmeth.2023.100542
