Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сообщили в журнале Cell Reports о том, как очень ранние предшественники или стволовые клетки, которые в конечном итоге приводят к образованию половых клеток, яиц и сперматозоиды, образуются в процессе развития. Это может помочь в создании яйцеклеток и сперматозоидов в лабораторных условиях, чтобы помочь бесплодным людям, у которых, например, нет сперматозоидов или яйцеклеток.

Проблема

Бесплодие является проблемой для 1 из 10 населения США и демонстрирует тенденцию к росту в течение последних нескольких десятилетий из-за более позднего времени первой беременности. Во многих из этих случаев для начала беременности успешно используются экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) и более продвинутые методы, такие как интрацитоплазматическая инъекция сперматозоидов (ИКСИ). При ЭКО мужские и женские зародышевые клетки соединяются вне тела, и получающийся в результате концепт позже вставляется обратно в матку. При ИКСИ ядро ​​спермы вводится непосредственно в яйцеклетку.

Однако оба эти метода требуют наличия сперматозоидов и яйцеклеток. Когда дело доходит до людей, у которых нет этих половых клеток, нужно искать другие методы лечения. Недостаток спермы или яйцеклеток может быть результатом генетических отклонений, химиотерапии или облучения, а иногда и неизвестных причин.

Одним из вариантов является использование донорских яйцеклеток или сперматозоидов, или обоих. Однако, как говорит исследователь Амандер Кларк: «С донорскими яйцеклетками и спермой у ребенка нет генетической связи с одним или обоими родителями. То, что мы хотим сделать, – это использовать стволовые клетки, чтобы вырабатывать зародышевые клетки вне человеческого тела, чтобы можно было преодолеть бесплодие такого рода ».

Начало

Все эмбрионы развиваются из набора недифференцированных клеток, которые способны развиваться во многих различных направлениях, превращаясь в клетки практически любого типа в организме. Это плюрипотентные стволовые клетки, которые также могут давать сперматозоиды и яйца.

Ученые уже обнаружили, как сделать клетки, очень похожие на них, из уже дифференцированных взрослых кожных или кровяных клеток, изменяя график развития и недифференцируя их. Они называются индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК).

Процесс

В настоящем исследовании использовалась технология для измерения генов, которые были активны в более чем 100 000 эмбриональных стволовых клеток и ИПСК, поскольку они давали начало сперматозоидам и яйцеклеткам. Этот огромный объем информации был затем проанализирован с использованием недавно разработанных алгоритмов от их коллег из Массачусетского технологического института, чтобы определить характер развития.

Таким образом, ученым удалось составить картину процесса формирования половых клеток в высоком разрешении. Первый шаг произошел в 24-48 часов, когда стволовые клетки начинают дифференцироваться в различные типы клеток, которые продолжают развиваться во все характерные и узкоспециализированные клетки организма взрослого человека.

На 12-й день после оплодотворения, примерно во время имплантации, но до самого раннего образования эмбриональных частей, таких как примитивная полоска или гаструла, можно распознать самые ранние стволовые клетки, которые дифференцируются в линию производства половых клеток, называется первичными зародышевыми клетками человека (hPGCs). В этот момент hPGC-подобные клетки (hPGCLC) определяются или выделяются изменением экспрессии их генов в переходное состояние. На данный момент они имеют общие характеристики предимплантационной стволовой клетки, а также постимплантационной эмбриональной стволовой клетки, которая описывается как наивная и праймированная, соответственно. Затем они превращаются в путь, чтобы стать прародителями зародышевых клеток, путем регуляции области SOX17 определяющей пол хромосомы, которая отвечает за спецификацию hPGCLC.

В этот момент hPGCLC больше не могут дифференцироваться в соматические клетки – это называется пересечением барьера Вейсмана после легендарного немецкого биолога, который предположил существование наследственного фактора в половых клетках, которые сегодня известны как ДНК. Это ключевой момент в достижении in vitro производства гамет или половых клеток (яйцеклеток и сперматозоидов).

Последствия

В текущем эксперименте загрунтованные hPGCLC превращаются в переходные зародышевые плюрипотентные клетки и, таким образом, начинают дифференцироваться в половые клетки. Исследователи теперь знают, когда вмешиваться, чтобы они могли максимизировать количество зародышевых клеток, образовавшихся путем направления большей части процесса дифференцировки в этот поток.

Еще одним интересным открытием было то, что половые клетки возникают из стволовых клеток, происходящих из амниона, тонкой полупрозрачной мембраны, содержащей жидкость, окружающую зародыш, а также из гаструла-образующих клеток, которые принадлежат собственному ребенку.

Наконец, они обнаружили, что паттерны активации генов, приводящие к образованию половых клеток, практически одинаковы, будь то эмбриональная стволовая клетка или ИПСК. Это доказывает, что они используют правильную технику для формирования половых клеток.

Кларк говорит: «Теперь мы готовы сделать следующий шаг – объединить эти клетки с клетками яичника или яичка». Эти половые клетки еще не решили, превращаться ли они в сперму или яйцеклетку, и это зависит от молекулярные сигналы, которые они получают, будь то из яичника или яичка.

Исследователи говорят: «Благодаря этой работе мы раскрыли траекторию зародышевой линии человека и обнаружили идентичность потенциальных предимплантационных предшественников для hPGCs».

Исследователи надеются, что в конечном итоге они смогут уговорить ИПСК, образованные из собственных клеток кожи пациента, дифференцироваться в половые клетки и в ткани яичника или яичка. Это может быть использовано для того, чтобы у каждого человека были созданы его или ее зародышевые клетки в лаборатории. Процесс, однако, является длительным и потребует интенсивных исследований и работы.

Слишком далеко?

Эти методы были ограничены лабораторным использованием и не одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США для использования на людях, а также не прошли испытания на людях.

Очевидно, что такие эксперименты предполагают широкое использование предимплантационных эмбрионов человека. Хотя этические нормы одобрения соблюдены, такое тестирование, тем не менее, поднимает множество других этических вопросов. Опять же, истинная мотивация исследования остается под сомнением, так как отсутствие ценности для потенциальной человеческой жизни, показанной в таких экспериментах, затрудняет убеждение, что создание бесплодных пар для рождения детей является реальным стимулом.

Наконец, вероятность неправильного применения этой технологии очевидна. Одним из примеров является ее использование для создания как сперматозоидов, так и яйцеклеток у одного и того же пациента, которые питаются тканями яичника и яичка, полученными от этого пациента, и в конечном итоге порождая зиготу с одним родителем. Можно надеяться, что ученые не позволят своему любопытству разгореться, а обуздать его в соответствующих пределах, а не разрушить человеческую жизнь ненужными технологиями – просто потому, что могут.