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生育困難困擾著全球許多夫妻，而如何在實驗室中培育出卵子、精子，也是許多科學家努力的目標。其中一個最大的挑戰，是確保人工產生的精子和卵子裡頭的DNA和相關蛋白質上的化學標籤位置正確。近期刊登於《自然》（Nature）期刊的一項研究，為實現這個目標邁出了關鍵一步。
 
日本京都大學（Kyoto University）的幹細胞生物學家齋藤通紀研究團隊，找到了將人類生殖細胞「表觀遺傳重新編碼」（epigenetic reprogramming）的方法。表觀遺傳的重新編碼是指去除細胞DNA及相關蛋白質上的化學標記，抹去這些標記、使DNA恢復到原來的狀態，此過程將會影響基因的開關狀態，且對於生殖細胞的正常發育至關重要，是產生下一代的關鍵。表觀基因組會影響基因活性，能幫助具有相同DNA序列的細胞呈現獨特身分，例如腦細胞和肝細胞就有不同的表觀遺傳表現。
 
現階段科學家已經掌握了在體外培育小鼠卵子和精子的方法，但由於表觀遺傳重新編碼在人類細胞中很難重現，因此仍無法順利複製此過程。經過一番探索，研究人員發現若在細胞培養基中加入一種名為BMP2的蛋白質，就能促進人體幹細胞進行表觀遺傳的重新編碼。經過處理的細胞發育進度比未加入BMP2的對照組更為順利，顯示研究人員找對了誘發重新編碼的開關。
 
不過，經過BMP2處理後的細胞會在表觀遺傳重新編碼後停止發育，無法進一步成為精子和卵子，顯示單憑BMP2還無法完全觸發表觀遺傳重新編程。研究人員也分析了實驗室培養細胞中的表觀遺傳標記，發現雖然許多標記已被去除，但仍留存了一些標記，顯示以BMP2重新編碼的過程可能不夠完整──如果將這些細胞用於繁殖，可能會產生嚴重後果。由於任一個基因標記出現異常都可能引發疾病，即便目前在研究成果上取得了重大突破，但距離真正能在實驗室中培育人體生殖細胞仍有一段漫漫長路要走。
 
儘管如此，現階段研究的每一步進展都具有重大意義。未來若能透過模擬、控制細胞分化，掌握生殖細胞發育的分子調控機制，不僅能為不孕不育研究提供新線索，也為遺傳疾病的根治開闢了新途徑。不過，若想完全實現此目標，科學家仍需解決諸多技術難題，像是如何讓細胞持續分化為卵子或精子、如何模擬人體內的生理環境等。除了科學難題外，相關研究對倫理、社會、法律層面也將是一項重大考驗，像是有些人可能會藉由基因編輯，增強後代與智力或運動能力相關的特徵等。一旦培育出精子、卵子的技術取得更進一步的突破，勢必將引發社會廣泛討論和爭議。
 

新聞來源
Ledford, H. (21 May 2024). Lab-grown sperm and eggs: ‘epigenetic’ reset in human cells paves the way. Nature, https://www.nature.com/articles/d41586-024-01404-x