Ученые уже давно пытаются получить в лаборатории сперматозоиды и яйцеклетки. Это позволило бы не только глубже понять один из самых фундаментальных биологических процессов, но и, в перспективе, разработать новые способы оказания помощи бесплодным парам. Используя эмбриональные стволовые клетки, теоретически способные трансформироваться в любой тип клеток, несколько исследовательских групп за последние годы достигли определенных успехов, но получить жизнеспособные половые клетки никому не удалось.

Недавно ученые из Университета Киото (Kyoto University) нашли способ перепрограммировать эмбриональные стволовые клетки мыши в клетки-предшественники сперматозоидов и, используя полученную в результате сперму, получили нормальных мышат. Их исследование может в конечном итоге привести к разработке принципиально новых методов лечения мужского бесплодия. Однако, как считает руководитель группы биолог Митинори Саиту (Mitinori Saitou), это потребует решения нескольких «очень сложных» технических и этических вопросов.

Как известно, сперматозоиды и яйцеклетки развиваются из первичных, или примордиальных, половых клеток (primordial germ cells, PGCs). Примордиальные половые клетки образуются на ранних стадиях эмбриогенеза из массы клеток, называемой эпибластом. Несколько лет назад ученые научились забирать эпибластные клетки из мышиного эмбриона и трансформировать их в эпибластные стволовые клетки, способные длительно регенерировать в лабораторных условиях. Исследователи надеялись, что такие клетки могут быть использованы для получения примордиальных половых клеток и, в конечном итоге, сперматозоидов и яйцеклеток. Но, несмотря на годы экспериментов, никому так и не удалось добиться успеха. Японские ученые пришли к выводу, что когда полученные в лаборатории эпибластные стволовые клетки обретают способность к длительному росту, они теряют способность образовывать половые клетки.

Поэтому, изменив подход, они решили культивировать эмбриональные стволовые клетки мышей в коктейле ростовых факторов, чтобы получить клетки, близкие к эпибластным, которые живут всего несколько дней. Исследователи установили, что 2-х дневные клетки можно использовать для получения клеток, близких к примордиальным половым клеткам. Введенные в семенники мышей, неспособных производить собственную сперму, такие примордиальные стволовые клетки вызревали в сперматозоиды, которые в экспериментах in vitro успешно оплодотворяли яйцеклетки. Ученые имплантировали получившиеся эмбрионы суррогатным матерям, которые и произвели на свет нормальное потомство. Родившиеся таким необычным образом мышата выросли в способных к деторождению самок и самцов и в дальнейшем тоже дали здоровое потомство. Подобным же способом можно получать плодовитых мышей и из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (induced pluripotent stem cells, iPSCs), дифференцированных из взрослых клеток кожи.

О своей работе Саиту и его коллеги сообщили в интернет-издании журнала Cell.

Кто твой папа? Этот помет здоровых мышат получен из сперматозоидов, дифференцированных из эмбриональных стволовых клеток.
(Фото: Mitinori Saitou)

«Все, что я могу сказать, это «вау»! Это прорыв!», – прокомментировал результаты работы Орли Лахам-Каплан (Orly Lacham-Kaplan), специалист в области репродуктивной биологии из Университета Монаш (Monash University) в Австралии.

Эта работа предоставляет доказательства того, «что полученные из эмбриональных стволовых клеток примордиальные половые клетки могут развиваться в функциональные половые клетки», – присоединяется к его мнению Амандер Кларк (Amander Clark), биолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles), назвавший работу японских исследователей «решающим прорывом в нашем понимании принципов развития половых клеток».

По словам Саиту, ученым предстоит обойти еще множество препятствий. Им хотелось бы научиться проводить весь процесс получения зрелых сперматозоидов непосредственно в лаборатории, а не вводить подобные примордиальным половые клетки в семенники для созревания. Другая цель – получить in vitro яйцеклетки. Не только для того, чтобы понять сам процесс, но и в конечном итоге попытаться помочь бесплодным женщинам. Но, прежде всего, для переноса результатов их работы в клинику, нужно установить, будет ли найденный ими «рецепт», оказавшийся столь успешным для стволовых клеток мышей, работать на клетках человека.

Аннотация к статье

Reconstitution of the Mouse Germ Cell Specification Pathway in Culture by Pluripotent Stem Cells