小鼠和豬很容易克隆;大鼠更難。人類更難,但不如猴子難。沒有人知道為什麼有些物種比其他物種更難克隆。但是對小鼠的研究正在幫助確定這些差異,並最終應使研究人員能夠更成功地獲得人類胚胎幹細胞,以治療疾病和替換器官。
就治療性克隆(也稱為核移植)而言,迄今為止最引人注目的成就是首爾國立大學的黃禹錫。今年二月,他的實驗室報告瞭如何將幾個人類供體細胞的細胞核轉移到 242 個已去除細胞核的卵子中。該批次產生了 30 個囊胚(胚胎髮育的早期階段),其中只有一個產生了一個自我更新的幹細胞系。
黃禹錫的成就突顯了與小鼠細胞相比,處理人類細胞的巨大技術難度。人類卵子很挑剔:它比小鼠卵子更大、更粘稠、更脆弱。“它就像一個氣球而不是一個網球,”黃禹錫說,他沒有采用標準的抽吸方法去除卵子的細胞核,而是輕輕地將其從一個小縫中擠出來。他發現,與小鼠的情況相比,人類 DNA 在卵子內重新程式設計所需的時間是小鼠的兩倍,胚胎幹細胞分裂的速度只有一半。哈佛大學費洛斯學會的凱文·埃根解釋說,與小鼠的情況不同,研究人員必須從囊胚的外層(胎盤前)細胞層中取出人類胚胎幹細胞的內細胞團,否則細胞就會停止分裂。
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其他障礙來自於缺乏經驗。“我們不得不從頭開始,開啟每一扇門,”黃禹錫回憶道。由於沒有更好的選擇,他使用了一種用於培養牛胚胎幹細胞的培養基衍生物。哈佛醫學院的道格拉斯·梅爾頓解釋說,獲得人類胚胎幹細胞的機會有限以及法律和倫理問題也減緩了進展。他提供了他從捐贈的胚胎中開發的 17 種新的胚胎幹細胞系。梅爾頓建議,“起始材料”也可能有所不同。“在人類中,我們只使用冷凍胚胎,但在小鼠中,我們使用新鮮胚胎,”他談到美國研究人員時說道。
其他難題涉及核移植的最佳供體細胞。細胞應該既容易獲得又高效。黃禹錫使用了來自卵巢的卵丘細胞——不太容易獲得,而且對男性來說是不可行的。
至於效率,研究表明,供體細胞越不成熟和未分化,效果就越好。懷特海生物醫學研究所小鼠克隆領域的領先專家魯道夫·傑尼施解釋說,最有效——也是最難獲得的——是胚胎幹細胞。其次是相對不成熟但稀有且難以獲得的體幹細胞,然後是更容易獲得但成熟的分化細胞,這些細胞構成組織。最困難和效率最低的極端是高度特化的免疫 B 細胞和 T 細胞,然後是不分裂的、高度特化的嗅覺感覺神經元,直到最近,它們還被認為基本上是不可克隆的。然而,今年二月,傑尼施、埃根和哥倫比亞大學的理查德·阿克塞爾成功地從嗅覺神經元中克隆出小鼠,這一壯舉被譽為技術上的傑作。
現在研究人員需要找到比神經元更有效、比胚胎幹細胞更實用的細胞。埃根說,對小鼠的實驗表明,當卵子成熟可以受精並準備分裂時,核移植效果最好,如果移植的細胞核來自頻繁分裂的細胞(如免疫細胞),則卵子更容易分裂。然而,如果供體細胞像神經元或體幹細胞一樣處於靜止狀態,胚胎幹細胞更容易發展出自我更新的細胞系。訣竅是找到一種供體細胞,既能啟動卵子分裂,又能產生永久的幹細胞。
梅爾頓認為,這些技術難題只是核移植早期階段的跡象。“幾年後,這一切都會顯得很容易,”他預測道。