科学家成功利用白血细胞克隆实验小鼠

2013-06-27 13:49 · 醉清风

为了解决利用卵丘细胞进行体细胞核移植克隆难度大、成本高等局限性,日本理化学研究所生物资源中心科学家已经研发出了一种新的克隆方法,利用从不到10毫升血液中提取的白血细胞,即可大批克隆基因完全一致的动物用于科学研究。

从肥胖到药物滥用,从焦虑到癌症,转基因小鼠在科研中被广泛用做人类疾病模型。科研人员常常花费多年的时间来开发一个小鼠品种,使其具有特定人类疾病模型所需的准确的遗传突变。但是如果这种小鼠由于突变本身或者意外而不育,该如何继续繁殖该品系的小鼠?


目前,有两种保存一种宝贵的小鼠品种的方法。如果现有的小鼠至少有一只雄性,而且拥有健康的生殖细胞,最佳选择就是胞质内精子注射(ICSI),这是一种体外受精的方法,在这种方法中,一个精子被直接注射到了一个卵子中。

然而,如果现有的小鼠无法产生健康的生殖细胞,或者如果它们是雌性,科研人员就必须转向使用克隆技术。体细胞核移植(SCNT)技术通过把一个卵母细胞的细胞核用一个成体细胞的核取而代之从而克隆动物。在1996年,科学家利用体细胞核移植克隆技术成功制造了克隆羊多利。在体细胞核移植技术中,体细胞的细胞核在体外被注射至一个去核的卵细胞中。大多数的体细胞核移植克隆是利用卵丘细胞来进行的,这种细胞收集困难且收集过程具有侵入性,使供体动物面临一定的风险。此外,卵丘细胞的量也有限,因此要获得大量克隆的成本很高且难度很大。

为了解决这种局限性,日本理化学研究所生物资源中心科学家已经研发出了一种新的克隆方法,利用从不到10毫升血液中提取的白血细胞,科学家即可大批克隆基因完全一致的动物用于科学研究。这项新的研究发表在Biology of Reproduction杂志上。

日本理化学研究所生物资源中心的Satoshi Kamimura博士、 Atsuo Ogura博士及其同事研究了从小鼠尾部等容易采集的地点收集的白血细胞是否能成为有效的供体细胞。方法的优势在于,这类细胞可以反复采集且对供体小鼠的风险最小。

研究人员以5种类型的白血细胞作为供体细胞进行了试验。结果正如所预料的,淋巴细胞是表现最差的细胞:只有1.7%的胚胎发育成了后代。而物理体积最大,最容易筛选出来的粒细胞和单核细胞表现较好,有2.1%的胚胎存活了下来。相比之下效果最好的卵丘细胞是2.7%。

从那以后,科学家对体细胞核移植(SCNT)技术进行了持续的改进。今年早些时候,设在日本神户的理化学研究所发育生物学中心的科研人员甚至设计出了一种技术,避免重新克隆同一个细胞的逐渐减少的结果;成功率从标准的第一代克隆的3%到第一代的10%以及下一代克隆的14%。

“这一过程使用的体细胞的类型是关键,并且在很大程度上取决于它产生活的克隆的效率,以及它容易获得的程度和用于实验的容易程度。尽管在卵巢卵泡的卵母细胞周围以及在排卵后的卵丘细胞是目前最优的细胞类型,设在日本筑波的理化学研究所生物资源中心的Satoshi Kamimura博士、 Atsuo Ogura博士及其同事研究了从尾巴等容易采集的地点收集的白血细胞是否能成为有效的供体细胞。这类细胞可以反复采集而对供体小鼠的风险最小。

有5种不同类型的白血细胞,就像预料的那样,这组科研人员发现淋巴细胞是表现最差的细胞:只有1.7%的胚胎发育成了后代。物理尺寸最大的白血细胞因此也是最容易从血样中过滤出来的细胞,它们是粒细胞和单核细胞。这些细胞的细胞核的表现更好,2.1%的胚胎存活了下来,相比之下最优的卵丘细胞是2.7%。

由于粒细胞在胚胎早期的破碎率相对较高——22.6%,是淋巴细胞克隆的2倍,卵丘细胞克隆的5倍,所以粒细胞的总体性能比预期要差。研究人员目前还不确定导致粒细胞克隆胚胎高破碎率的原因,计划开展进一步的研究来提高粒细胞作为供体细胞的总体性能。

尽管在这项研究中,以血细胞为供体进行克隆的成功率并没有超过卵丘细胞,但科研人员已经首次证明了使用外周血细胞的细胞核可以克隆小鼠。这些细胞可以在收集后立即用于克隆,且对供体的风险最小,这有助于生产无法用其他辅助生殖手段保存的小鼠品种。