牛雄性生殖干细胞分离培养特性及移植研究

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雄性生殖干细胞(male germ stem cells, mGSCs)是性腺分化开始一直存在于睾丸曲细精管中、唯一能将遗传物质传递给后代的干细胞。在mGSCs的细胞学特性、分离纯化方法、体外长期培养系统、体外诱导mGSCs形成单倍体细胞和精子、mGSCs的基因修饰和同种异种间的移植等方面,许多研究者做了许多工作,新的成就不断涌现,但是关于哺乳动物mGSCs的研究,仍然处于起步探索阶段。本试验在前人研究的基础上,分析牛性腺发育和曲细精管中mGSCs的分布规律;以新生牛睾丸为材料,比较不同mGSCs分离纯化的方法及效果;不同饲养层细胞和细胞因子对体外培养新生牛mGSCs行为的影响;新生牛ES-mGSCs的形成及体外分化潜能;定向诱导新生牛mGSCs体外形成精子样细胞;新生牛mGSCs移植无内源性生殖细胞模型兔睾丸,探讨新生牛mGSCs异种移植的可行性。mGSCs来源于PGCs,观察不同发育阶段牛性腺组织结构显示,6~10 w牛胎儿,性腺开始分化,雄性生殖细胞开始克隆聚集;15 w胎牛形成曲细精管;20 w胎牛生殖细胞增殖较快;出生时,曲细精管完全形成,曲细精管中只有支持细胞和雄性生殖干细胞,并且间质组织少,有利于生殖细胞的分离。采用不同解离方法,对53例新生牛睾丸处理结果显示,以0.1%的胶原酶+5 ng/mL DNaseⅠ消化30 min和0.25%胰酶+0.04% EDTA+5 ng/mL DNaseⅠ消化5 min,分段处理能有效离解睾丸组织,获取单细胞或细胞团。对5例上述离解的睾丸细胞的mGSCs进行纯化,结果显示,3次贴壁差法比percoll密度梯度离心获得的mGSCs细胞活力强;mGSCs活性和纯度分别达到76.7%和98.2%;3次贴壁差法纯化的新生牛mGSCs根据大小可分为2类,一类细胞直径超过25μm,数量较少,占总细胞数量的15%左右,细胞质的流动性是其显著特点;另一类细胞直径小于15μm,数量较大,占总细胞数量的85%左右。两类细胞中CD117(c-kit)阳性细胞为18.91%。分离新生牛的生殖细胞中,透射电镜可观察到典型AsAal以及A1A4型精原细胞,其主要区分为核仁形态、常染色质和异染色质的分布不同,未见胞质桥结构,所有观察的细胞均显示细胞质结构简单,含有包囊体,局部区域分布有简单的线粒体和核糖体。表明新生牛睾丸中已有多类型的精原细胞;支持细胞与生殖细胞之间存在桥粒和空隙连接。在DMEM+10%NBS基础培养液中,支持细胞在传至12代,细胞形态从类似铺路石样细胞转变成短梭状细胞。mGSCs-BSCs共培养系统中,BSCs可以促进前3代mGSCs
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