科學家們首次創造出兩種人類細胞系，除了性染色體外，它們是完全相同的：一種具有 XX 染色體，另一種具有 XY 染色體。這組獨特的細胞可能有助於研究人員解答長期以來關於性染色體如何影響疾病以及它們在早期發育中所起作用的問題。
大多數人有兩個性染色體，要麼是兩個 X 染色體，要麼是一個 X 染色體和一個 Y 染色體，這產生了女性或男性生物學特徵的譜系。研究表明，這些染色體有助於包括免疫系統功能、大腦發育、疾病易感性和藥物反應在內的過程。但是，仔細研究 X 和 Y 染色體的具體作用具有挑戰性。使用目前的工具，很難區分染色體與激素的影響，例如。這些細胞可能提供一種新的方法來實現這一目標。
“這是一組非常酷的細胞系，”西北大學藥理學家芭芭拉·斯特蘭奇說，她沒有參與這個新專案。“我們以前有過來自男性和女性的細胞系，但它們來自同一個人，只有性染色體差異——這是一個很大的進步。”
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以色列哈達薩醫療中心的發育生物學家本傑明·魯比諾夫和他的團隊希望他們的專案將有助於更好地研究人類的性別差異。魯比諾夫認為，目前存在兩個主要障礙：難以區分染色體和激素的影響，以及無法在排除一個人其餘基因構成的影響的同時，確定 X 和 Y 染色體的作用。“已經有動物模型，但人類模型尚不可用，”魯比諾夫說。
為了建立這樣一個模型，魯比諾夫、他以前的醫學博士和博士生伊泰·瓦爾德霍恩以及他們的同事首先獲得了先前從一名克萊恩費爾特綜合徵患者身上採集的白細胞。這種情況描述的是出生時帶有額外 X 染色體的男性個體，這意味著他們的細胞包含兩個 X 染色體和一個 Y 染色體。這些白細胞來自科里爾醫學研究所的儲存庫，人們在那裡捐贈樣本用於生物醫學研究專案。捐贈者患有一種罕見的“嵌合體”病症，其中他們的一些細胞有三個性染色體 (XXY)，一些細胞有兩個 X 染色體，還有一些細胞有一個 X 染色體和一個 Y 染色體。研究人員將所有三種細胞型別重新程式設計為誘導多能幹細胞，這些細胞處於胚胎狀態，可以發育成神經元、肌肉或其他細胞型別。
最終，該團隊生成了 XX 和 XY 細胞，除了性染色體外，它們在基因上是相同的。然後，研究人員進行了一系列實驗，複製了先前研究的發現。例如，他們證實了先前報道的在 XX 或 XY 細胞中開啟的基因的差異。當他們誘導誘導多能幹細胞發育成不成熟的神經元版本時，他們發現了先前記錄的早期神經發育中性別差異的證據。“令人欣慰的是，該模型確實顯示了其他系統報告的性別之間的差異，”魯比諾夫說。這些發現發表在Stem Cell Reports雜誌上。
“這是一項設計非常完善的研究，它驗證了性別差異在發育早期就開始的觀點——並且它們依賴於性染色體，因為這是唯一可以解釋這些差異的因素，”天普大學細胞生物學家和癌症研究員諾拉·恩格爾說，她沒有參與這項新研究。
過去，研究人員使用“四核基因型”小鼠模型在動物身上探究了性染色體的影響，該模型包括操縱通常在 Y 染色體中發現的名為Sry的基因。該基因包含發育睪丸的指令，並且該過程創造了具有 XX 染色體和睪丸或 XY 染色體和卵巢的動物。具有相同性器官但染色體不同的動物可以讓科學家區分染色體的作用與性激素的作用，性激素是由生殖器官分泌的。斯特蘭奇說，小鼠模型對性別差異研究領域具有變革性，並且能夠將這項研究轉移到人類身上“真是太棒了”。
瑞典隆德大學的進化遺傳學家傑西卡·阿博特說：“我認為這將為新的研究開闢道路”，她沒有參與這項研究。阿博特指出，從另一個人身上獲取 XX 和 XY 幹細胞以瞭解個體之間存在多大差異非常重要——這將有助於確定這些細胞的發現是否可以推廣到更廣泛的人群。
當然，細胞不能模擬整個人體或器官之間的相互作用——至少目前還不能。但魯比諾夫指出，隨著微流體“晶片上的身體”系統等新技術的開發，這些系統可以複製來自不同器官的細胞之間的連線，科學家們可能很快就能夠解決更廣泛的研究問題。目前，魯比諾夫對僅使用幹細胞就可能進行的實驗感到興奮。“你擁有一個工具，至少在理論上，你可以[無限期地]使用它來生成任何細胞型別並開發各種型別疾病的模型，”他說。“我們開發的模型開闢了廣闊的前景。”