Новости и мнения

Лабораторная сперма

Здоровые мыши рождаются из предшественников половых клеток, выращенных in vitro.

Впервые исследователи получили здоровое потомство мышей, используя сперму, полученную из клеток-предшественников, полученных in vitro. Это достижение стало возможным благодаря разработке высокоэффективного протокола для получения предшественников сперматозоидов из эмбриональных стволовых клеток мыши.

Исследование, которое будет опубликовано в сети сегодня (4 августа) в Cell , может открыть двери для лучшей характеристики плохо изученного процесса развития половых клеток, а также предложить возможные пути развития методов лечения бесплодия.

«Это захватывающая история, техническая демонстрация силы», – сказал Джордж Дейли , биолог из стволовых клеток в детской больнице в Бостоне, который не принимал участия в исследовании. «Это исследование устанавливает новую важную платформу для исследования развития спермы, которая может иметь значение для разработки мужских контрацептивов и понимания фертильности в целом».

Хотя зародышевые клетки дифференцируются, формируя каждый тип клеток в организме, и несут ответственность за передачу как генетической, так и эпигенетической информации о сексуальном организме из поколения в поколение, мало что известно о том, как они возникают. Прямые предшественники зародышевых клеток, известные как первичные зародышевые клетки, появляются на ранних стадиях эмбрионального развития (около первой недели после оплодотворения у мышей). Но поскольку они существуют в очень небольших количествах – от 100 до 1000 – и очень быстро различаются, их по-прежнему трудно выделить и охарактеризовать.

Несколько групп успешно генерировали первичные зародышевые клетки in vitro из эмбриональных и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, но получающаяся в результате культура дифференцированных клеток обычно содержала лишь небольшой процент первичных зародышевых клеток, функции которых никогда не подвергались тщательной оценке. В 2007 году ученые создали новый вид стволовых клеток , полученных из ранней эмбриональной ткани, известной как эпибласт, который генерирует три зародышевых слоя эмбриона. Поскольку эпибластные клетки являются прямыми предшественниками первичных половых клеток, исследователи надеялись, что новая линия клеток, называемая эпибластными стволовыми клетками (EpiSCs), может обеспечить более эффективный источник для половых клеток in vitro. К сожалению, EpiSC оказались столь же неэффективными в качестве отправной точки, как и другие типы стволовых клеток.

Когда Mitinori Saitou , биолог стволовых клеток в Университете Киото в Японии, который руководил текущим исследованием, и его коллеги сравнили глобальную экспрессию генов стволовых клеток эпибласта с экспрессией в реальных клетках эпибласта из эмбриона мыши, они обнаружили, что они были, на самом деле, совсем другое. Это привело их к поиску другой исходной клеточной линии – той, которая могла бы лучше пересчитать популяцию эпибластных клеток, которые дают начало зародышевым зародышевым клеткам в эмбрионе. В частности, они решили сделать шаг назад и культивировать более примитивные эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые были получены еще раньше в эмбриональном развитии.

Используя в качестве добавки специфический коктейль из активина А (ActA), регулятора дифференцировки и пролиферации клеток, основного фактора роста фибробластов (bFGF) и замены нокаут-сыворотки (KSR), исследователи смогли создать однородную популяцию эпибласта- как клетки, с профилем экспрессии гена, сравнимым с эпибластами, всего за 2 дня. Оттуда исследователи использовали протокол, который они установили пару лет назад, чтобы дифференцировать эпибластоподобные клетки в первичное состояние, подобное зародышевым клеткам. Наконец, используя несколько новых молекулярных маркеров, исследователи смогли выбрать клетки, которые, вероятно, будут способны дифференцироваться в предшественники сперматозоидов.

Чтобы проверить функциональность их конечной популяции клеток, исследователи вводили первичные половые клетки в яички мутантных мышей, у которых не было половых клеток, и, таким образом, они не могли производить свою собственную сперму. Через 8-10 недель они удалили яички и, к их удовольствию, обнаружили признаки сперматогенеза: утолщение семенных канальцев, которые производили сперму. Наконец, благодаря искусственному осеменению этих сперматозоидов в нормальных самках, исследователи смогли произвести на вид здоровых мышей. «Что касается функции спермы, я думаю, что они очень нормальные», – сказал Сайто.

«Частью волнения этого нового исследования является то, что теперь оно позволяет генерировать гораздо большее количество первичных зародышевых клеток в культуре», – сказал Питер Рагг-Ганн, биолог по стволовым клеткам в Институте Бабрахама, Кембридж, Великобритания. «Это действительно откроет возможность множества дополнительных анализов, которые позволят охарактеризовать первичные зародышевые клетки гораздо более детально, чем это было возможно при использовании предыдущих протоколов дифференцировки».

Сайтоу сказал, что одним из аспектов биологии половых клеток, о котором может сообщить новый протокол, является таинственный процесс эпигенетического перепрограммирования. «Только в половых клетках происходит очень интересное редактирование эпигенетической информации, которая превращается в тотипотентную зиготу».

Другие последующие шаги для исследователей – повторить этот эксперимент с линией женских половых клеток, а также расширить протокол для получения сперматогониальных стволовых клеток, которые дают сперму in vitro.

K. Hayashi, et. al., «Восстановление пути спецификации мышиных половых клеток в культуре плюрипотентными стволовыми клетками», Cell, 146: 1-14, 2011.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *