Японські вчені виростили сперматозоїди з ембріональних клітин щура. Досі подібні експерименти проводилися тільки на мишах, для інших видів зробити це не вдавалося. Сперматозоїди виявилися функціональними - їх можна використовувати, щоб зачати життєздатне потомство. Правда, самостійно запліднити яйцеклітину вони поки не можуть, і без донорських підтримуючих клітин не розвиваються. Роботу опубліковано в журналі.
Технології штучного запліднення допомагають зачати дитину тим, для кого з якихось причин природне запліднення неможливо. Але це працює тільки тоді, коли є статеві клітини, нехай навіть не цілком здорові. А ось тим людям, в організмі яких статеві клітини з якоїсь причини не виробляються, допомогти поки нічим.
Статеві клітини можна було б вирощувати зі стовбурових клітин, але з цим є кілька труднощів. По-перше, для цього доведеться взяти первинні статеві клітини - групу клітин, які відокремлюються від інших досить рано, у людини це в районі двох тижнів розвитку (про те, чим ще примітна ця стадія, читайте в нашому тексті «14 днів потому»). По-друге, в реальному ембріоні первинних статевих клітин дуже мало, буквально кілька десятків, тому вивчати їх освіту і розвиток досить складно.
Вперше виростити первинні статеві клітини і отримати з них сперматозоїди вдалося групі японських вчених у 2011 році. Вони працювали на мишах, і ні для одного іншого виду їх результати поки ніхто не повторив. Тепер інша група японських вчених, Мамі Ойкава (Mami Oikawa) з Токійського Університету та її колеги, спробувала зробити те ж саме для щура.
Незважаючи на те, що в багатьох роботах з фізіології і поведінки використовують обидва види гризунів, істотна частина ембріологічних досліджень зроблена все-таки на мишах. Тому авторам роботи довелося адаптувати для щурів всі етапи протоколу, а заодно розбиратися в особливостях щурячого ембріогенезу.
Як сировину для виробництва сперматозоїдів вони взяли ембріональні стовбурові клітини щура. Їх потрібно було перетворити на епібласт - в ембріоні це пласт клітин, які готові спеціалізуватися і розділитися на кілька шарів зародку, в тому числі відмовитися від себе первинні статеві клітини. Виявилося, що, хоча мишачий епібласт легко культивувати на площині, щурячі клітини не тримаються в єдиному шарі, і довелося навчитися їх ростити у вигляді тривимірних сфер.
Потім вченим довелося підбирати набір сигнальних речовин, за допомогою яких клітини епібласту можна перетворити на первинні статеві клітини. А щоб вони дозріли до справжніх попередників сперматозоїдів, їх потрібно було поселити разом з підтримуючими клітинами статевих залоз, що розвиваються. Такі залози дослідники взяли у щурячих ембріонів постарше, і очистили їх від власних попередників сперматозоїдів (для цього знову ж таки довелося розробити нову методику, тому що вони виробляють не ті ж молекулярні маркери, що і клітини миші). Правда, конструкція запрацювала тільки з жіночими статевими залозами - в чоловічих чомусь попередники сперматозоїдів розвиватися відмовилися.
У підсумку вийшов багатоступеневий метод: спочатку ембріональні стовбурові клітини щура, потім перетворення на епібласт, потім відділення первинних статевих клітин, потім культивування в незрілих залозах з перетворенням на зрілі попередники сперматозоїдів. Після всіх цих маніпуляцій вчені перевірили, які епігенетичні зміни відбуваються в попередниках - тобто на яких ділянках ДНК і гістонів з'являються характерні маркери. І підтвердили, що ці зміни схожі на ті, що відбуваються в реальних клітинах в організмі щура.
Нарешті, залишилося переконатися, що ці попередники дають повноцінні сперматозоїди. Для цього дослідники скористалися моделлю, про яку ми писали в 2021 році - вони виростили щурів з дефектом одного гена, який відповідає за розвиток статевих клітин. У них розвиваються статеві залози, але «порожні», без сперматозоїдів. Ось таким щурам дослідники підсадили клітини-попередники - і ті почали виробляти сперматозоїди. Їх було менше, ніж у мишей в аналогічних експериментах. І самостійно запліднити ними самку щури не змогли. Але за допомогою штучного запліднення вчені ввели ці сперматозоїди в яйцеклітини - і вийшли щурята, здорові і плодовиті.
Ця робота - наочний приклад того, як непросто буває перенести працюючу методику з одного виду на інший і на які хитрощі заради цього доводиться йти. Тому, хоч автори і згадують, що щур фізіологічно ближче до людини, ніж миша, можна очікувати, що наступний крок теж буде нелегким. Крім того, щоб повною мірою домогтися своєї мети, дослідникам потрібно навчитися вирощувати повноцінні сперматозоїди, здатні до самостійного зачаття. І в ідеалі - робити це без підтримуючих клітин насінників.
З яйцеклітинами справа йде не простіше, ніж зі сперматозоїдами. Ми вже писали про те, як їх намагалися отримувати з допоміжних клітин яєчника. А в 2021 році вчені нарешті зібрали штучний фолікул, за допомогою якого можна вирощувати яйцеклітини миші «з нуля». Про те, які технології стануть можливими, якщо ми навчимося робити це з яйцеклітинами людини та інших видів, ми розповідали в тексті «Мама з пробірки».