Laboratorijoje užauginta sperma: mokslininkai artėja prie nevaisingumo gydymo proveržio

Sekite TechNaujienos Google

Tai skamba tarsi mokslinės fantastikos scenarijus: žmogaus ląstelės perprogramuojamos į kamienines, iš jų formuojami spermatozoidų pirmtakai, o tolesniam jų brendimui sukuriamas sėklidę primenantis audinys, kuris persodinamas pelei.

Būtent tokį metodą išbandė Pensilvanijos universiteto mokslininkai. Naujausiame žurnalo „Cell Stem Cell“ tyrime jiems pavyko iš žmogaus indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių išauginti ankstyvąsias vyriškas lytines ląsteles ir nuvesti jas iki spermatogonijų – ląstelių, iš kurių žmogaus organizme ilgainiui vystosi spermatozoidai.

Tai dar nėra laboratorijoje sukurta, apvaisinimui tinkama sperma. Tačiau pasiektas etapas laikomas svarbiu žingsniu siekiant geriau suprasti vyrų nevaisingumą ir vieną dieną galbūt sukurti naujus jo gydymo būdus.

Kamieninėms ląstelėms sukūrė dirbtinę sėklidės aplinką

Žmogaus spermatogenezė – spermatozoidų susidarymo procesas – yra itin sudėtinga biologinė grandinė. Jai būtinos ne tik pačios lytinės ląstelės, bet ir jas supančios sėklidės ląstelės, hormoniniai signalai bei tiksliai suderinta audinių aplinka.

Naujausi straipsniai

2 min. skaitymo • prieš 6 val

Lietuviai internete medžios suklastotas prekes: DI startuoliui – 1,7 mln. eurų

3 min. skaitymo • prieš 7 val

Moterį keturis mėnesius kamavo haliucinacijos – gydytojai jos smegenyse aptiko tai

4 min. skaitymo • prieš 14 val

Ar dirbtinio intelekto agentas gali „nulaužti“ jūsų kompiuterį?

Visi naujausi straipsniai →

Mokslininkai pirmiausia žmogaus indukuotas pluripotentines kamienines ląsteles pavertė pirmykštes lytines ląsteles primenančiomis ląstelėmis. Tokios kamieninės ląstelės teoriškai gali būti gaunamos perprogramuojant suaugusio žmogaus kūno ląsteles, pavyzdžiui, kraujo ar odos ląsteles.

Vėliau žmogaus ląstelės buvo sumaišytos su vaisiaus stadijos pelių sėklidžių somatinėmis ląstelėmis. Mišinys savaime susiorganizavo į struktūras, primenančias sėklidžių sėklinius kanalėlius – vietą, kurioje natūraliai vyksta spermatozoidų gamyba.

Šį iš skirtingų rūšių ląstelių sudarytą sėklidės modelį tyrėjai pavadino ksenogenine atkurta sėklide. Kad audinys išliktų ir gautų kraujo bei biologinių signalų, jis buvo persodintas po imuninės sistemos neturinčių pelių inksto kapsule.

Po šešių mėnesių ląstelės pasiekė naują raidos etapą

Praėjus maždaug šešiems mėnesiams, mokslininkai persodintame audinyje aptiko žmogaus spermatogonijų. Tai ankstyvosios vyriškos lytinės ląstelės, kurios natūralioje sėklidėje dalijasi ir palaipsniui bręsta į spermatocitus, spermatidus, o galiausiai – spermatozoidus.

Dalis išaugintų ląstelių pasižymėjo genetinėmis ir molekulinėmis savybėmis, panašiomis į natūraliai žmogaus organizme esančių spermatogonijų. Tyrėjai taip pat aptiko pavienių dar toliau pažengusių ląstelių – ankstyvosios stadijos spermatocitų, pradėjusių pereiti į mejozę.

Mejozė yra ypatingas ląstelių dalijimosi procesas, per kurį chromosomų skaičius sumažinamas perpus. Be jos negali susidaryti normalus spermatozoidas, galintis susijungti su kiaušialąste.

Tyrimo autoriai ląstelių tapatybę tikrino ne vien pagal jų išvaizdą. Genų aktyvumo analizė parodė, kad laboratorijoje išaugintų ląstelių molekulinis profilis buvo panašus į atitinkamų natūralios žmogaus spermatogenezės stadijų profilį.

Spermatozoidų sukurti dar nepavyko

Nepaisant pažangos, tyrėjų išaugintos žmogaus ląstelės nevirto subrendusiais spermatozoidais. Didžioji jų dalis sustojo spermatogonijų stadijoje, o tik retos ląstelės pasiekė ankstyvą spermatocitų etapą.

Jos nebuvo naudojamos kiaušialąstėms apvaisinti, todėl tyrimas neparodė, kad laboratorijoje gautos ląstelės galėtų sukurti embrioną ar sveiką palikuonį.

Tikėtina, kad viena svarbiausių kliūčių yra žmogaus ir pelės biologiniai skirtumai. Žmogaus lytinės ląstelės šiame eksperimente brendo aplinkoje, kurią daugiausia sudarė pelių sėklidžių ląstelės. Nors tokia sistema suteikė dalį būtinų signalų, jų nepakako visam žmogaus spermatogenezės procesui atkartoti.

Norint pasiekti subrendusius spermatozoidus, gali prireikti žmogaus kilmės Sertolio ir kitų sėklidės ląstelių, tinkamo hormonų poveikio bei sudėtingesnės trimatės audinio struktūros.

Metodą išbandė ir su rezusų ląstelėmis

Tyrėjai panašią sistemą pritaikė ir rezusų, žmogui evoliuciškai artimesnių primatų, indukuotoms pluripotentinėms kamieninėms ląstelėms.

Šios ląstelės taip pat perėjo kelias vaisiaus lytinių ląstelių raidos stadijas ir išsivystė į spermatogonijas bei besidiferencijuojančias spermatogonijas. Primatų modelis mokslininkams svarbus todėl, kad prieš svarstant bet kokius klinikinius bandymus su žmonėmis reikės išsamiai įvertinti ląstelių funkcionalumą ir saugumą žmogui artimesniame organizme.

Kodėl šis tyrimas svarbus jau dabar?

Artimiausia šios technologijos nauda greičiausiai bus ne tiesioginis nevaisingumo gydymas, o galimybė laboratorijoje stebėti iki šiol sunkiai prieinamą žmogaus spermatogenezės procesą.

Mokslininkai galėtų naudoti pacientų ląsteles, kad ištirtų, kuriame raidos etape sutrinka spermatozoidų formavimasis. Tokie modeliai galėtų padėti ieškoti genetinių nevaisingumo priežasčių, tikrinti galimus vaistus ir nagrinėti, kaip lytines ląsteles veikia aplinkos teršalai, ligos ar gydymas.

Pasaulio sveikatos organizacijos duomenimis, nevaisingumą tam tikru gyvenimo laikotarpiu patiria maždaug kas šeštas reprodukcinio amžiaus žmogus. Vyrų nevaisingumas dažniausiai siejamas su spermatozoidų nebuvimu, mažu jų skaičiumi, sutrikusiu judrumu, forma ar spermos išsiskyrimu, tačiau dalies pacientų problemos priežasties nustatyti nepavyksta.

Ilgalaikėje perspektyvoje technologija teoriškai galėtų suteikti biologinės tėvystės galimybę vyrams, kurių organizmas visiškai negamina spermatozoidų, pavyzdžiui, dėl genetinių sutrikimų, įgimtų ligų ar anksčiau taikyto vėžio gydymo.

Tačiau tai kol kas tebėra tolima galimybė, o ne pacientams paruošta procedūra.

Iki naudojimo klinikose – dar daug kliūčių

Prieš iš žmogaus kamieninių ląstelių sukurtus spermatozoidus būtų galima naudoti pagalbinio apvaisinimo procedūrose, mokslininkams reikėtų įrodyti, kad visas mejozės procesas vyksta tiksliai, ląstelėse nėra pavojingų chromosomų ar DNR pakitimų, tinkamai atkuriami epigenetiniai žymenys, o gautos ląstelės gali sukurti normaliai besivystantį embrioną.

Taip pat reikėtų įvertinti ne tik nėštumo baigtį, bet ir ilgalaikę būsimų palikuonių bei vėlesnių kartų sveikatą. Kadangi laboratorijoje sukurtų lytinių ląstelių genetinė ir epigenetinė informacija būtų perduodama vaikui, šiai technologijai būtų taikomi itin griežti saugumo, etikos ir teisiniai reikalavimai.

Todėl naujasis darbas neturėtų būti suprantamas kaip pranešimas apie jau sukurtą nevaisingumo gydymą. Mokslininkai pasiekė svarbų tarpinį etapą: žmogaus kamieninės ląstelės laboratorijoje perėjo iki šiol sunkiai atkuriamus vyriškos lytinės linijos vystymosi žingsnius.

Kelias iki subrendusių ir saugiai naudoti tinkamų spermatozoidų dar ilgas. Vis dėlto pirmą kartą mokslininkai turi išsamesnį modelį, leidžiantį šį kelią tyrinėti ląstelė po ląstelės.