Naukowcy zbliżyli się do uzyskania plemników w warunkach laboratoryjnych

Badania te przybliżają naukowców do odtworzenia tego procesu, jednak nie udało się uzyskać dojrzałych plemników. Komórki eksperymentalne nie były w stanie zapłodnić komórki jajowej i nie zostały wykorzystane do stworzenia zarodków.

Na razie nie jest to metoda leczenia bezpłodności, a jedynie model badawczy. Dzięki niemu można badać wczesny rozwój męskich komórek rozrodczych, poszukiwać przyczyn niektórych form bezpłodności oraz w przyszłości weryfikować bezpieczeństwo nowych metod.

Szczegóły

Podstawą eksperymentu były indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste, czyli komórki iPS. Uzyskuje się je ze zwykłych komórek dorosłego organizmu, przywracając je do stanu, w którym mogą ponownie rozwinąć się w różne typy tkanek. W niniejszej pracy ludzkie komórki iPS wyhodowano z komórek krwi. Oddzielne eksperymenty przeprowadzono na komórkach makaków rezus.

Za pomocą sekwencji sygnałów chemicznych naukowcy skierowali komórki iPS na ścieżkę tworzenia komórek rozrodczych. Najpierw pojawiły się komórki podobne do pierwotnych komórek rozrodczych embrionu. W warunkach naturalnych to właśnie z nich rozwijają się następnie komórki jajowe lub plemniki.

Same sygnały chemiczne okazały się niewystarczające. Do dalszego rozwoju przyszłe komórki płciowe potrzebują złożonego środowiska złożonego z otaczających tkanek, hormonów i cząsteczek sygnałowych.

Aby stworzyć takie środowisko, naukowcy połączyli komórki ludzkie lub małpie z komórkami pomocniczymi pozyskanymi z jąder embrionów myszy. Mieszanka ta samodzielnie ukształtowała się w trójwymiarową strukturę, którą autorzy nazwali ksenogenicznym, zrekonstruowanym jądrem. Mówiąc prościej, jest to model tkanki jądra, złożony z komórek różnych gatunków.

W jej wnętrzu zaczęły tworzyć się struktury przypominające kanalików nasiennych. Są to cienkie rurki, w których w prawdziwym jądrach rozwijają się plemniki.

Jednak struktura ta rozwijała się nie tylko w naczyniach laboratoryjnych. Została ona przeszczepiona pod błonę nerki myszy z niedoborem odporności. Miejsce to jest dobrze ukrwione, dzięki czemu komórki mogły otrzymywać tlen i substancje odżywcze oraz rozwijać się przez kilka miesięcy.

W rezultacie komórki ludzkie osiągnęły stadium spermatogoniów – wczesnych prekursorów plemników. Autorzy odkryli również niewielką liczbę komórek, które dopiero rozpoczynały przygotowania do mejozy. Tak nazywa się szczególny proces podziału, podczas którego przyszła komórka płciowa otrzymuje połowę zestawu chromosomów.

Pod względem wyglądu, składu białkowego oraz aktywności genów wyhodowane komórki były podobne do naturalnych komórek płciowych człowieka i makaków na odpowiednim etapie rozwoju. Nie przeszły one jednak mejozy do końca i nie przekształciły się w dojrzałe plemniki z ogonkiem.

Naukowcy ustalili również, że białka NANOS3 i DND1 pomagają wczesnym komórkom płciowym przetrwać i zapobiegają ich przekształceniu się w komórki innych tkanek. Kwas retinowy – jedna z pochodnych witaminy A – brał udział w zainicjowaniu ich dalszego dojrzewania. To obserwacja laboratoryjna nie oznacza, że przyjmowanie witamin może wpływać na bezpłodność lub zastąpić leczenie.

Dlaczego jest to ważne

Niektóre formy niepłodności męskiej wiążą się z zatrzymaniem procesu tworzenia komórek płciowych na jednym z wczesnych etapów. Badanie takich zaburzeń jest trudne: rozwój plemników zajmuje dużo czasu i zależy od precyzyjnej interakcji kilku typów komórek wewnątrz jądra.

Badania na myszach dostarczają wielu przydatnych informacji, jednak rozwój komórek płciowych u gryzoni i naczelnych znacznie się różni. Dlatego wyników uzyskanych na myszach nie można automatycznie przenosić na ludzi.

Nowy model pozwala obserwować, w jaki sposób komórki ludzkie i małp przechodzą przez pierwsze etapy rozwoju. W przyszłości naukowcy będą mogli wyłączać poszczególne geny, zmieniać warunki hodowli oraz sprawdzać, na jakim etapie i z jakiego powodu proces ten ulega zakłóceniu.

Teoretycznie technologie tego typu mogą kiedyś pomóc osobom, których organizm nie wytwarza własnych plemników. Na przykład zwykłe komórki pacjenta można by przeprogramować i skierować na ścieżkę tworzenia komórek płciowych. W tym celu należy jednak nauczyć się uzyskiwać w pełni funkcjonalne plemniki, zweryfikować ich bezpieczeństwo genetyczne i epigenetyczne, a także rozwiązać poważne kwestie etyczne i prawne.

Kontekst

Tworzenie plemników to wieloetapowy proces. Spermatogonie dzielą się, następnie przekształcają się w spermatocyty, przechodzą mejozę i dopiero potem stają się plemnikami. Błąd na dowolnym etapie może prowadzić do bezpłodności lub zaburzeń genetycznych.

Naukowcom udało się już przejść całą tę drogę w eksperymentach z komórkami myszy. U ludzi i innych naczelnych proces ten zazwyczaj zatrzymuje się znacznie wcześniej – przed zakończeniem mejozy.

Głównym problemem jest to, że komórki płciowe nie rozwijają się samodzielnie. Wymagają one specjalnego środowiska komórkowego, które trudno odtworzyć w naczyniach laboratoryjnych. Autorzy najnowszej pracy częściowo rozwiązali ten problem, łącząc komórki macierzyste naczelnych z komórkami pomocniczymi myszy, a następnie umieszczając tę konstrukcję w organizmie zwierzęcia.

To sprawia, że eksperyment ten stanowi ważny etap pośredni. Pokazuje on, że rozwój ludzkich komórek płciowych można posunąć dalej, ale jednocześnie podkreśla, jak skomplikowane pozostaje uzyskanie dojrzałych plemników wyłącznie w warunkach laboratoryjnych.

Źródło

Badanie autorstwa Eoina Wilana, Minjue Go, Kotaro Sasaki i ich współpracowników pt. „Generation of spermatogonia from human and non-human primate pluripotent stem cells”zostało opublikowane w czasopiśmie „Cell Stem Cell” w 2026 roku.