Cercetătorii au reprodus în laborator primele etape ale formării spermatozoizilor

Progrese în obţinerea spermatozoizilor în laborator: într-un model de „mini-testicul”, oamenii de ştiinţă au generat din celule stem celule germinale masculine imature, care ar putea contribui la studierea infertilităţii masculine.

Infertilitatea masculină poate avea numeroase cauze, inclusiv tulburări apărute în primele etape ale dezvoltării celulelor germinale, din care se formează ulterior spermatozoizii, însă studierea acestor procese este dificilă, deoarece modelele de laborator disponibile nu reproduc suficient de fidel dezvoltarea celulelor reproductive umane.

Aproximativ 9% dintre bărbaţii de vârstă reproductivă din Statele Unite se confruntă cu probleme de fertilitate. În unele cazuri, infertilitatea este asociată cu perturbarea dezvoltării liniei germinale. Acest proces începe în perioada embrionară şi continuă prin mai multe etape până la formarea spermatozoizilor maturi.

Cercetătorii au dezvoltat acum un sistem experimental care reproduce o parte dintre etapele timpurii ale acestui proces. Metoda a permis obţinerea unor celule germinale masculine imature din celule stem umane şi de macac rhesus - o specie de maimuţe folosită frecvent ca model în cercetarea biomedicală.

Studiul a fost publicat în revista Cell Stem Cell. Cercetarea nu a produs spermatozoizi maturi şi nu oferă, în această etapă, un tratament pentru infertilitate, sistemul fiind conceput ca model de laborator pentru studierea dezvoltării celulelor reproductive la primate.

Cercetătorii au pornit de la celule stem pluripotente induse (iPSC). Acestea sunt celule adulte readuse în laborator într-o stare asemănătoare celei embrionare. În această formă, ele pot fi programate să se transforme în numeroase tipuri de celule.

Celulele stem umane au fost obţinute din celule sanguine. Pentru macacii rhesus, cercetătorii au folosit celule provenite din ţesutul conjunctiv al pielii.

Echipa a expus celulele stem la mai multe semnale chimice. Prin această procedură, celulele au fost transformate în structuri asemănătoare celulelor germinale primordiale. Acestea corespund celor mai timpurii celule embrionare din care se formează ulterior ovulele sau spermatozoizii.

Celulele germinale nu se pot dezvolta singure. Ele au nevoie de celulele şi semnalele biologice din ţesutul înconjurător. Acest mediu specializat le susţine supravieţuirea şi le coordonează maturizarea.

Pentru a reproduce acest mediu, cercetătorii au combinat celulele germinale umane sau de macac cu celule de susţinere provenite din testiculele unor fetuşi de şoarece. Celulele s-au organizat într-o structură tridimensională asemănătoare unui testicul în curs de dezvoltare.

Autorii au denumit această structură „testicul reconstituit xenogen”. Termenul xenogen arată că sistemul conţine celule provenite de la specii diferite.

În interiorul structurii au început să se formeze elemente asemănătoare tubilor seminiferi. În testiculul natural, aceste structuri tubulare reprezintă locul în care se desfăşoară formarea spermatozoizilor.

Pentru ca celulele să primească substanţele nutritive necesare şi să poată continua să se dezvolte, structurile au fost transplantate în rinichii unor şoareci cu sistem imunitar deficitar. Aceşti şoareci nu resping la fel de uşor celulele străine. Transplantarea a permis menţinerea sistemului experimental timp de opt până la nouă luni, o perioadă mult mai lungă decât cea posibilă într-un recipient obişnuit de laborator.

Celulele obţinute au semănat atât ca aspect, cât şi prin activitatea genelor, cu celulele germinale umane aflate la începutul formării spermatozoizilor.

Cercetătorii au generat şi spermatogonii de macac pornind de la celule stem. Spermatogoniile sunt celule germinale masculine imature, prezente în testicule, din care se pot forma ulterior spermatozoizii.

Potrivit autorilor, este pentru prima dată când spermatogonii de macac sunt obţinute din celule stem. Analizele au arătat o asemănare de până la 97% între celulele produse experimental şi celulele germinale naturale provenite de la oameni şi macaci.

Studiul a identificat şi două proteine importante pentru menţinerea celulelor germinale, NANOS3 şi DND1. Proteinele sunt molecule care îndeplinesc funcţii precise în interiorul celulelor. În acest caz, NANOS3 şi DND1 au susţinut supravieţuirea celulelor germinale şi au împiedicat transformarea lor în alte tipuri celulare.

Experimentele au mai arătat că acidul retinoic a declanşat începerea procesului de maturizare. Acidul retinoic este un compus derivat din vitamina A şi participă la reglarea dezvoltării mai multor tipuri de celule.

Modelul le poate permite cercetătorilor să urmărească mai atent modificările moleculare care apar în primele etape ale formării spermatozoizilor. De asemenea, sistemul ar putea fi folosit pentru studierea unor cauze genetice şi biologice ale infertilităţii masculine.

În viitor, un asemenea model ar putea contribui la evaluarea siguranţei unor tratamente experimentale înainte ca acestea să fie testate la oameni. Totuşi, cercetarea actuală s-a oprit la obţinerea unor celule germinale imature. Cercetătorii nu au demonstrat, în această fază, că aceste celule pot deveni spermatozoizi maturi sau că pot fi utilizate pentru reproducere.

O altă limitare este folosirea celulelor fetale de şoarece pentru construirea mediului de susţinere. Dezvoltarea unei metode bazate exclusiv pe celule provenite de la primate va necesita cercetări suplimentare.

În această etapă, cercetarea descrie un model experimental pentru studierea formării celulelor germinale masculine şi nu o procedură disponibilă în prezent pentru tratarea infertilităţii.