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登录日期:2023-11-10 【编辑录入:fengfy】 文章出处:《文汇报》2023年11月10日第6版*

突破学界“不可能”定论,他们如何做到
35岁年轻科学家领衔,5年成功构建胚胎干细胞嵌合体猴,论文登上《细胞》封面
作者:文汇报记者 许琦敏  阅读次数:1723

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胚胎干细胞嵌合体猴研究团队主要成员,左起:李杰、曹静、刘真、孙强、李春杨。


  曾作为第一作者,在30岁时培育出世界首例体细胞克隆猴“中中”“华华”的年轻科学家刘真,在位于上海的中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心成立自己的研究组5年后,又构建出了高比例胚胎干细胞嵌合体猴。这次,他的身份变成了论文的通讯作者。
  尽管这只出生于2021年的嵌合体猴只存活了10天,但它却突破了美国科学家“猴胚胎干细胞不能产生嵌合体”的理论限制。今天凌晨,国际顶级学术期刊《细胞》以封面文章形式,在线发表了这一成果。中国科学院院士、脑智卓越中心学术主任蒲慕明表示,嵌合体猴技术对生物医学的重要性不亚于“中中”“华华”。
  该成果再次显示出我国在实验猴模型上的世界领先地位。蒲慕明预计,再过5到10年,我国一定可以发展出可实用的实验猴模型品系,“未来这个领域将会有很大发展”。
      
  “初生牛犊不怕虎”,挑战又一个高峰
      
  5年前,放弃海外深造的机会,留在脑智卓越中心非人灵长类研究平台,在导师孙强研究员的带领下,刘真做出了世界首例体细胞克隆猴。“一战成名”之后,他结束博士后生涯,选择在脑智卓越中心成立自己的研究组,成为一名独立研究组长。
  别人眼中的“出道即高峰”,给刘真的科研选题带来了不小压力。“聚焦于多年非人灵长类动物的研究优势,我们选择挑战嵌合体猴。”他说,这是基础研究领域一个极其重要的科学问题,且具有潜在的重要应用价值,“我们想解决这个问题”。
  所谓嵌合体猴,就是把一只猴子的胚胎干细胞,注入到另一只猴子的胚胎中,最终产生的后代身上就“嵌合”了两只猴子的后代细胞,其基因互不相融。
  由于胚胎干细胞具有体外无限复制和更新的特征,也更容易进行基因编辑操作——直接编辑胚胎干细胞注射胚胎,更容易得到大量的疾病猴模型,是学界公认的产生稳定品系疾病猴模型的途径之一。当前,全球生命科学领域都期待该技术得到突破,以更好推进实验小鼠无法胜任的各种人类脑科学、脑疾病的相关研究。
  “嵌合体小鼠技术的发展,是品系稳定的实验小鼠模型得以发展的重要基石。”蒲慕明说,如今几乎所有生物医学研究都离不开的实验小鼠,正是在小鼠嵌合体技术成熟之后发展起来的。
  然而,2012年,美国科学家在《细胞》杂志上发表论文,认为猴胚胎干细胞无法像小鼠那样产生嵌合体,这使灵长类胚胎干细胞多能性理论基础受到挑战,也为干细胞应用设定了理论限制。
  在蒲慕明的支持下,刘真一边搭建实验室,一边带领年轻的博士生团队,开始了又一次高难度的探索之路。
      
  突破重重关隘,首个存活嵌合体猴问世
      
  为何前人没能成功培育出理想的嵌合体猴?2018年,研究团队就开始了前期研究。
  “一直到2020年前,我们都在摸索干细胞和胚胎的培养条件。”论文第一作者曹静回忆,当时只要将胚胎干细胞注入另一个胚胎,总是“一注射细胞就死”。经历了多次失败和复盘后,他们发现,原来胚胎干细胞与胚胎所需的生长环境不一样,两者很难步调一致地存活并发育。相对于小鼠,猴的嵌合体胚胎的需求更加复杂,找到能让两者都适应的培养基配方,需要认真细致的回溯追踪。
  “在摸索到合适的细胞培养条件和胚胎培养条件后,我们观察到胚胎干细胞在嵌合体胚胎体外培养发育17天后仍可存活,这样就有信心将它们移植到母猴体内继续孕育。”刘真透露,在脑智卓越中心的非人灵长类研究平台,他们先后将74个具有明显嵌合的囊胚移植到了40只受体母猴子宫内,最终获得了4只流产的胎猴和6只出生的仔猴。
  2021年7月23日,是一个值得铭记的日子。经过检测,团队发现其中1只流产胎猴和1只出生小猴显示出了明显的嵌合。“那只出生的小猴体内嵌合比例达到了70%!在脑组织中,由嵌入的干细胞所分化来的后代细胞占比甚至超过90%。”说起那一刻,刘真仍十分激动。
  “这是之前没人得到过的明确证明。”该论文审稿人认为,这一成功“提供了强大的证据,证实灵长类胚胎干细胞可以产生高比例的嵌合体动物”“毫无疑问,这是迄今除了啮齿类动物外,利用多能干细胞产生嵌合体动物的最佳证实”“将为基础研究和非人灵长类遗传修饰模型的产生开辟新途径”。
      
  出生10天夭折,留下更多待解谜团
      
  登上一座科学高峰之后,研究团队看到了更多有待破解的科学谜团——
  嵌合体小猴出生10天就夭折了,而其他没有表现出嵌合的小猴却一直存活。是哪些因素造成了差异?胚胎干细胞的“后代”在嵌合体小鼠的胎盘中完全没有踪迹,却大量出现在嵌合体猴的胎盘中,这是否意味着灵长类的嵌合体有更强的嵌合能力?显示嵌合的两只小猴均为雄性,这会否意味着嵌合体成功有性别偏好?……
  面对无穷无尽的新问题,刘真团队并没有急于尝试嵌合更多的胚胎去孕育新的嵌合体猴,而是耐心细致地从胚胎与干细胞发育的底层逻辑中去寻找答案。他知道,“只有弄清机理,才可能提高嵌合体猴的构建效率,而稳定高嵌合比例、提高构建效率,则是发展品系疾病猴模型的一大关键”。
  据悉,该研究严格遵守生物伦理规范,所有实验均符合国际干细胞研究学会的研究指南,并经过脑智卓越中心伦理委员会审核。



荐稿人:ffy 2023-11-10 执行编辑:lxl 2023-11-10 责任编辑:ych 2023-11-13

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