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    日本研究人員使用頂尖技術(shù)在實(shí)驗室中制造出了卵子和精子。而現在，科學(xué)家不得不決定如何安全且合乎道德地使用這些細胞。

    從去年10月開(kāi)始，分子生物學(xué)家Katsuhiko Hayashi已經(jīng)收到了不少電子郵件，其中大多數是中年夫妻，他們都為一件事感到絕望：生育孩子。一位處于更年期的英國女人提出到Hayashi位于京都大學(xué)的實(shí)驗室來(lái)，希望他可以在這件事上幫助她。“這是我唯一的愿望。”她寫(xiě)道。這些請求始于Hayashi發(fā)表的一項研究結果。通過(guò)對小鼠的皮膚細胞進(jìn)行體外實(shí)驗，Hayashi培養出了原始生殖細胞（PGCs），為了驗證這些細胞與自然生長(cháng)的PGCs是否真的相同，他又用其創(chuàng )造出卵子乃至活鼠。這一結果提高了通過(guò)不孕女性的皮膚細胞產(chǎn)生受精卵的可能性；它同時(shí)還表明，男人的皮膚細胞也可以用來(lái)產(chǎn)生卵子，女人的皮膚細胞也能制造出精子。 公眾對該實(shí)驗的關(guān)注出乎Hayashi和資深教授Mitinori Saitou的意料。他們已經(jīng)在哺乳動(dòng)物配子生產(chǎn)和對其進(jìn)行體外重建的領(lǐng)域研究了十多年，但這些都是為了科學(xué)研究，而不是治療。當他們將這項研究從小鼠推進(jìn)到猴子甚至人類(lèi)時(shí)，他們正在給未來(lái)的不孕不育治療做鋪墊。

    而科學(xué)家和公眾則要開(kāi)始面對隨之而來(lái)的倫理問(wèn)題了。“不言而喻，他們真的在小鼠中改變了這一領(lǐng)域。”美國加州大學(xué)洛杉磯分校生育專(zhuān)家Amander Clark說(shuō)，“現在，為了避免該技術(shù)在證明其用處之前遭到破壞，我們不得不開(kāi)始討論這種配子方式的倫理問(wèn)題。” 小鼠實(shí)驗 在小鼠的生長(cháng)過(guò)程中，胚胎發(fā)育第一周后就會(huì )出現生殖細胞（約40個(gè)PGCs），進(jìn)而雄鼠和雌鼠會(huì )分別形成大量的精子和卵子。Saitou希望了解這些細胞的成長(cháng)過(guò)程是由哪些信號指導的。在過(guò)去的10年中，他發(fā)現一些基因在特定時(shí)間的特定組合對PGCs生長(cháng)有重要作用。使用這些基因作為標記，他能夠從其他細胞中挑選出PGCs進(jìn)行研究。

    2009年，在神戶(hù)市理化研究所，他發(fā)現在適宜的培養條件下，在適當時(shí)間添加骨形成蛋白4（Bmp4）可以將胚胎干細胞轉化為PGCs。以色列雷霍沃特市魏茨曼科學(xué)研究所的干細胞專(zhuān)家Jacob Hanna稱(chēng)，Saitou一絲不茍遵循自然過(guò)程的方法與其他人的研究形成鮮明對比。Saitou試圖精確發(fā)現生殖細胞形成的要素，去除多余的信號并注意各種分子起作用的時(shí)間的做法，令人印象深刻。英國謝菲爾德大學(xué)的干細胞生物學(xué)專(zhuān)家Harry Moore將這種對生殖細胞生長(cháng)過(guò)程的認真重建稱(chēng)為“一場(chǎng)勝利”。Saitou的研究起點(diǎn)是從活鼠外胚層提取的細胞，但為了真正控制實(shí)驗過(guò)程，他希望使用現成的培養細胞。

    2009年，Hayashi離開(kāi)劍橋大學(xué)回到日本后加入了Saitou的研究，他通過(guò)借鑒其他研究，使用關(guān)鍵的調節分子（活化素A）和堿性成纖維細胞生長(cháng)因子來(lái)引導胚胎干細胞分化為外胚層，然后將其應用于Saitou之前的研究，促使其成為PGCs，這一過(guò)程獲得了成功。Hayashi將這些人工培養的PGCs注入自身無(wú)法產(chǎn)生精子的小鼠體內，使其成功形成了精子。研究團隊再將這些精子注入卵子中，并將胚胎置于雌鼠體內，從而得到了本不能生育的小鼠的后代。 人工PGCs大有可為 其他研究人員已經(jīng)可以復制該過(guò)程以獲得實(shí)驗室培養的PGCs，不過(guò)據《自然》雜志稱(chēng)，尚未有研究團隊利用此方法培養出活的動(dòng)物。人工PGCs對研究表觀(guān)遺傳學(xué)的科學(xué)家有特殊作用：對決定基因表達的DNA進(jìn)行生物化學(xué)修改。這些修改——多數是向DNA堿基添加甲基——在一些情況下，會(huì )攜帶著(zhù)有機體的歷史記錄（例如，曾在子宮接觸到的外界化學(xué)物質(zhì)等）。表觀(guān)遺傳標記在胚胎發(fā)育期間像對其他細胞一樣對PGCs進(jìn)行作用，不過(guò)PGCs很獨特，因為當生長(cháng)成為精子和卵子后，其表觀(guān)遺傳標記便會(huì )消失，從而產(chǎn)生一個(gè)能形成所有細胞類(lèi)型的受精卵。微妙的表觀(guān)遺傳變化中的錯誤會(huì )導致不育，并產(chǎn)生睪丸癌等疾病。Hanna的團隊已經(jīng)開(kāi)始利用人工PGCs研究表觀(guān)遺傳調控中個(gè)別酶的作用，并且在將來(lái)可能會(huì )發(fā)現表觀(guān)遺傳網(wǎng)絡(luò )與疾病的相關(guān)性。Hanna表示，的確，體外形成的PGCs為科學(xué)家的研究提供了數以百萬(wàn)計的細胞，使研究不再局限于通過(guò)解剖早期胚胎才能得到的少量細胞。“這很重要，因為我們擁有了這些經(jīng)歷著(zhù)重大的全基因組表觀(guān)遺傳變化的罕見(jiàn)細胞——PGCs，我們對該過(guò)程了解得并不多。”Hanna說(shuō)。Clark同意Hanna的看法：“體外模式為科學(xué)家提供了前所未有的研究可行性。” 臨床相關(guān)性 然而，Hayashi和Saitou并不能向那些不能生育的夫妻提供什么幫助。在研究結果可以應用于臨床之前，還有大量問(wèn)題需要解決。Saitou和Hayashi發(fā)現，盡管通過(guò)他們的技術(shù)產(chǎn)生的后代通常看起來(lái)健康且可生育，但是這些后代所產(chǎn)生的PGCs卻并不完全“正常”。第二代的PGCs經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生脆弱、畸形的卵子。在受精后，這些卵子經(jīng)常會(huì )分裂成為有3組染色體的細胞，而正常的會(huì )分裂成兩組。另外，人工PGCs產(chǎn)生后代的成功率只有正常體外受精的1/3。哈佛大學(xué)醫學(xué)院研究表觀(guān)遺傳學(xué)的Yi Zhang使用了Saitou的方法，發(fā)現體外形成的PGCs并不能像自然生成的PGCs那樣消除其之前的表觀(guān)遺傳編程。他說(shuō)：“我們必須意識到這些像PGCs的細胞并不是PGCs。”將PGCs用于不孕不育治療將是一個(gè)巨大的飛躍，包括Saitou在內的很多科學(xué)家都敦促須謹慎進(jìn)行該研究。該技術(shù)可安全用于猴子的事實(shí)有助于緩解這些憂(yōu)慮，但是在確定該方法是否安全之前需要有多少只猴子安全出生呢？需要得到多少代呢？最終，人類(lèi)胚胎將需要被制造并測試，而這一過(guò)程會(huì )因對用于研究的胚胎制造的限制而變得緩慢。Saitou利用雄鼠的誘導多能干細胞（iPS）生成精子，并使用雌鼠的iPS產(chǎn)生了卵子，他表示，逆轉實(shí)驗應該是有可能的。

    如此一來(lái)，就可以從同一只小鼠獲得卵子和精子，并用于繁殖，產(chǎn)生一種從未出現過(guò)的東西：自我繁殖的小鼠。Hayashi和Saitou都還沒(méi)有準備好嘗試這一研究。“如果有科學(xué)需要，我會(huì )做實(shí)驗，但只在小鼠身上。”Saitou說(shuō)。兩位科學(xué)家已經(jīng)感受到了病人和日本資助機構要求其繼續實(shí)驗的壓力。該技術(shù)應該是不能進(jìn)行體外受精的女性，以及在童年時(shí)患癌癥而不能產(chǎn)生精子或卵子的病人的最后希望。Hayashi提醒那些寫(xiě)信給他的人，可行的不孕治療可能在未來(lái)10年甚至是50年才會(huì )出現。“我的印象是它很遙遠，我不想給人們那些不切實(shí)際的希望。”他說(shuō)。病人會(huì )看到小鼠實(shí)驗的成功結果，但是經(jīng)常會(huì )忽略這些尖端技術(shù)背后多年的艱苦工作。Hayshi表示，他們并沒(méi)有意識到從小鼠轉向人的實(shí)驗意味著(zhù)幾乎要重新開(kāi)始。因為人類(lèi)早期胚胎與小鼠的完全不同。