Udało się wyhodować plemniki ssaków w laboratorium
INFORMATOR. Ciekawostki
naukawpolsce.pl | dodane 29-03-2011
Fot. PAP / naukawpolsce.pl
Po raz pierwszy udało się przeprowadzić pełen proces rozwoju plemników w laboratorium - na razie tylko mysich. O sukcesie naukowców z Japonii, który w przyszłości może pomóc chronić płodność chłopców leczonych z powodu nowotworu poinformował tygodnik "Nature".
"To doniesienie jest dość ekscytujące, bo dowodzi, że udało się osiągnąć cel, do którego przez wiele lat dążyli biolodzy reprodukcyjni" - ocenia Mary Ann Handel, ekspert w dziedzinie genetyki reprodukcyjnej w Jackson Laboratory w Bar Harbor (w stanie Maine).
Z kolei autorzy komentarza odredakcyjnego do pracy Japończyków - Marco Seandel i Shahin Rafii z Weill Cornell Medical College w Nowym Jorku podkreślają, że rodzi ona nadzieje dla młodych chłopców poddawanych chemio- lub radioterapii z powodu choroby nowotworowej.
"Terapie przeciwnowotworowe mogą powodować bezpłodność u mężczyzn. I podczas gdy dorośli pacjenci mają możliwość zamrożenia swojej spermy przed podjęciem leczenia, młodzi chłopcy nie mają takiego wyboru, bo jeszcze nie produkują dojrzałych plemników. Te badania na myszach są dla nich nadzieją na przyszłość" - napisali eksperci.
Proces powstawania plemników (tzw. spermatogeneza) w kanalikach nasiennych jąder samców jest bardzo złożony i długotrwały. U ssaków na przykład, powstanie dojrzałych gamet męskich z komórek macierzystych, tzw. spermatogoniów, zajmuje ponad miesiąc.
Sam proces spermatogenezy składa się z trzech podstawowych etapów. W pierwszym, komórki macierzyste dzielą się dając początek bądź tzw. spermatocytom I rzędu, bądź kolejnym generacjom komórek macierzystych (spermatogoniów).
Spermatocyty I rzędu przechodzą następnie bardzo ważny podział, tzw. mejozę, w trakcie którego liczba ich chromosomów zostaje zredukowana o połowę. Tak powstają spermatocyty II rzędu, a z nich po kolejnym podziale (tzw. drugim podziale mejotycznym) - spermatydy, które mają po jednym chromosomie z każdej pary i o połowę mniej materiału genetycznego niż komórki naszego ciała.
Aby stać się plemnikami, spermatydy muszą jeszcze przejść proces dojrzewania. W rozwoju męskich gamet bardzo ważną rolę odgrywają też komórki wspierające, tzw. Sertoliego.
Nic więc dziwnego, że naukowcom nie udało się dotychczas odtworzyć spermatogenezy w laboratorium prawie dla żadnego gatunku zwierząt, z wyjątkiem niektórych ryb.
A przecież próby wyhodowania plemników ssaków in vitro zaczęto podejmować już ok. 100 lat temu.
W 1937 r. również na łamach tygodnika "Nature" naukowcy poinformowali, że udało im się doprowadzić ten proces do pierwszego (i najdłuższego) stadium mejozy. Doświadczenia prowadzono na fragmentach tkanek pobranych z jąder męskich noworodków myszy. W latach 60. XX w. nastąpił rozwój technik hodowli tkankowej, ale mimo testowania różnych warunków hodowlanych nie poczyniono postępów. Spermatogeneza w laboratorium "uparcie" zatrzymywała się na tym etapie co wcześniej. Również zastąpienie hodowli tkankowych komórkowymi nie przyniosło efektów.
W 2009 r. brytyjscy naukowcy z NorthEast England Stem Cell Institute (NESCI) poinformowali na łamach pisma "Stem Cells and Development" o wyhodowaniu dojrzałych plemników ludzkich z zarodkowych komórek macierzystych. Z powodów etyczno-prawnych nie mogli jednak sprawdzić, czy dzięki nim może powstać zdrowe potomstwo.
Poza tym, niecały miesiąc później publikację wycofano. Nie było wprawdzie zarzutów do przeprowadzonych badań i ich wyników, ale autorom pracy udowodniono plagiat dwóch akapitów we wstępie do artykułu.
Próbując przeprowadzić proces spermatogenezy w laboratorium, naukowcy japońscy z Uniwersytetu Miasta Jokohama oraz instytutu naukowego RIKEN w Ibaraki uznali, że metody hodowli tkankowych mają jednak pewną przewagę. Komórki, z których mogą powstać plemniki znajdują się wprawdzie w hodowli, ale są otoczone przez tkankę pobraną z jąder, a więc mają warunki bardziej przypominające naturalne.
W swoich doświadczeniach badacze wykorzystali fragmenty tkanki o średnicy 1-3 mm pobrane z jąder noworodków mysich w wieku 7,5-10,5 dnia. Następnie umieszczali je na żelu agarozowym do połowy zanurzonym w pożywce hodowlanej. W ten sposób, z jednej strony zapewniali komórkom dostęp do składników odżywczych, a z drugiej wymianę gazową.
Dobierając im optymalną temperaturę (34 st. C) i składniki pożywki (przełom przyniosło zastąpienie jednej pożywki inną) badacze uzyskali dojrzałe plemniki posiadające charakterystyczny podłużny kształt i wić oraz pojedynczy zestaw chromosomów. Ich obecność w próbkach potwierdzono po ponad miesiącu hodowli, ale proces spermatogenezy toczył się w laboratorium przez ponad dwa miesiące.
Aby dowieść, że udało im się uzyskać sprawne gamety męskie, naukowcy wykorzystali je do zapłodnienia in vitro komórek jajowych. Uzyskane w ten sposób zarodki wprowadzono do narządów rodnych samic. Po ok. 3 tygodniach na świat przyszły myszki jednej i drugiej płci. Liczebność miotów nie odbiegała od normy. Później potwierdzono również, że wszystkie zwierzęta były płodne.
Co ważne, badacze udowodnili również, że plemniki można wyhodować z fragmentów tkanki jąder, które po pobraniu zostały najpierw zamrożone na okres od 4 do 25 dni.
Zdaniem autorów pracy, ich badania dowodzą, że hodowla tkankowa może być efektywną metodą uzyskiwania plemników w laboratorium. W przyszłości, po dopracowaniu, można by ją wykorzystać w medycynie lub do ochrony zagrożonych gatunków.
Pozwoli ona na przykład pobierać od młodych niedojrzałych płciowo samców fragmenty tkanki z jąder i przechowywać je, na wypadek gdyby przedwcześnie wyginęły.
Sukces Japończyków rodzi też nadzieję na opracowanie nowych metod leczenia niepłodności męskiej oraz na ochronę zdolności rozrodczych u młodych chłopców poddawanych agresywnym terapiom.
"Zachowanie zdolności rozrodczych jest poważnym problemem dla pacjentów leczonych z powodu nowotworu chemioterapią czy radioterapią, które przy okazji niszczą komórki rozrodcze" - przypominają autorzy komentarza odredakcyjnego do artykułu, Marco Seandel i Shahin Rafii z Weill Cornell Medical College w Nowym Jorku.
U dojrzałych mężczyzn można temu zaradzić pobierając i zamrażając plemniki przed leczeniem. U chłopców niedojrzałych płciowo nie jest to już takie proste. Wprawdzie badania na zwierzętach wskazują, że dobre efekty mogłoby przynieść zamrażanie spermatogoniów (komórek macierzystych plemników), a następnie przeszczepianie ich pacjentom po zakończeniu leczenia to nie oceniono jeszcze tej metody u ludzi. Nie wiadomo też, czy takie rozwiązanie byłoby bezpieczne.
Metoda zastosowana przez japoński zespół może więc być dobrą alternatywą. Chłopcom mającym przejść radio- lub chemioterapię wykonywano by wcześniej biopsję jąder, a uzyskane w ten sposób próbki tkanki zamrażano.
Gdyby pacjent okazał się być w przyszłości bezpłodny, fragmenty jąder rozmrażano by i hodowano z nich plemniki do zapłodnienia in vitro.
Jednak zanim będzie to możliwe, naukowcy muszą odpowiedzieć na wiele pytań. Nie ma na razie pewności, czy potomstwo uzyskane dzięki wyhodowanym plemnikom (zwłaszcza z zamrożonych tkanek) jest ogólnie zdrowe.
"W rzeczywistości, płodność potomstwa jest raczej słabym wskaźnikiem +normalności+ komórek rozrodczych. Powinno się sprawdzić, czy myszy wyhodowane przez japońskich naukowców dzięki zapłodnieniu in vitro są zdrowe pod innymi względami, jak sprawność układu odporności, skłonność do starzenia się oraz pod względem zachowania" - komentują Seandel i Rafii.
Wcześniejsze badania sugerowały, że w komórkach rozrodczych hodowanych w laboratorium mogą zachodzić procesy powodujące zmiany w aktywności genów. Nie wiadomo też, czy proces naprawy DNA, kluczowy dla zachowania jakości gamet, przebiega w hodowli prawidłowo. Nawet delikatne zmiany na poziomie DNA plemników mogą decydować o zdrowiu potomstwa, podkreślają eksperci.
"Mimo tych zastrzeżeń, zastosowanie hodowli tkankowej stanowi decydujący postęp na wyboistej drodze do medycznego wykorzystania plemników hodowanych in vitro" - podsumowują Seandel i Rafii.
"To doniesienie jest dość ekscytujące, bo dowodzi, że udało się osiągnąć cel, do którego przez wiele lat dążyli biolodzy reprodukcyjni" - ocenia Mary Ann Handel, ekspert w dziedzinie genetyki reprodukcyjnej w Jackson Laboratory w Bar Harbor (w stanie Maine).
Z kolei autorzy komentarza odredakcyjnego do pracy Japończyków - Marco Seandel i Shahin Rafii z Weill Cornell Medical College w Nowym Jorku podkreślają, że rodzi ona nadzieje dla młodych chłopców poddawanych chemio- lub radioterapii z powodu choroby nowotworowej.
"Terapie przeciwnowotworowe mogą powodować bezpłodność u mężczyzn. I podczas gdy dorośli pacjenci mają możliwość zamrożenia swojej spermy przed podjęciem leczenia, młodzi chłopcy nie mają takiego wyboru, bo jeszcze nie produkują dojrzałych plemników. Te badania na myszach są dla nich nadzieją na przyszłość" - napisali eksperci.
Proces powstawania plemników (tzw. spermatogeneza) w kanalikach nasiennych jąder samców jest bardzo złożony i długotrwały. U ssaków na przykład, powstanie dojrzałych gamet męskich z komórek macierzystych, tzw. spermatogoniów, zajmuje ponad miesiąc.
Sam proces spermatogenezy składa się z trzech podstawowych etapów. W pierwszym, komórki macierzyste dzielą się dając początek bądź tzw. spermatocytom I rzędu, bądź kolejnym generacjom komórek macierzystych (spermatogoniów).
Spermatocyty I rzędu przechodzą następnie bardzo ważny podział, tzw. mejozę, w trakcie którego liczba ich chromosomów zostaje zredukowana o połowę. Tak powstają spermatocyty II rzędu, a z nich po kolejnym podziale (tzw. drugim podziale mejotycznym) - spermatydy, które mają po jednym chromosomie z każdej pary i o połowę mniej materiału genetycznego niż komórki naszego ciała.
Aby stać się plemnikami, spermatydy muszą jeszcze przejść proces dojrzewania. W rozwoju męskich gamet bardzo ważną rolę odgrywają też komórki wspierające, tzw. Sertoliego.
Nic więc dziwnego, że naukowcom nie udało się dotychczas odtworzyć spermatogenezy w laboratorium prawie dla żadnego gatunku zwierząt, z wyjątkiem niektórych ryb.
A przecież próby wyhodowania plemników ssaków in vitro zaczęto podejmować już ok. 100 lat temu.
W 1937 r. również na łamach tygodnika "Nature" naukowcy poinformowali, że udało im się doprowadzić ten proces do pierwszego (i najdłuższego) stadium mejozy. Doświadczenia prowadzono na fragmentach tkanek pobranych z jąder męskich noworodków myszy. W latach 60. XX w. nastąpił rozwój technik hodowli tkankowej, ale mimo testowania różnych warunków hodowlanych nie poczyniono postępów. Spermatogeneza w laboratorium "uparcie" zatrzymywała się na tym etapie co wcześniej. Również zastąpienie hodowli tkankowych komórkowymi nie przyniosło efektów.
W 2009 r. brytyjscy naukowcy z NorthEast England Stem Cell Institute (NESCI) poinformowali na łamach pisma "Stem Cells and Development" o wyhodowaniu dojrzałych plemników ludzkich z zarodkowych komórek macierzystych. Z powodów etyczno-prawnych nie mogli jednak sprawdzić, czy dzięki nim może powstać zdrowe potomstwo.
Poza tym, niecały miesiąc później publikację wycofano. Nie było wprawdzie zarzutów do przeprowadzonych badań i ich wyników, ale autorom pracy udowodniono plagiat dwóch akapitów we wstępie do artykułu.
Próbując przeprowadzić proces spermatogenezy w laboratorium, naukowcy japońscy z Uniwersytetu Miasta Jokohama oraz instytutu naukowego RIKEN w Ibaraki uznali, że metody hodowli tkankowych mają jednak pewną przewagę. Komórki, z których mogą powstać plemniki znajdują się wprawdzie w hodowli, ale są otoczone przez tkankę pobraną z jąder, a więc mają warunki bardziej przypominające naturalne.
W swoich doświadczeniach badacze wykorzystali fragmenty tkanki o średnicy 1-3 mm pobrane z jąder noworodków mysich w wieku 7,5-10,5 dnia. Następnie umieszczali je na żelu agarozowym do połowy zanurzonym w pożywce hodowlanej. W ten sposób, z jednej strony zapewniali komórkom dostęp do składników odżywczych, a z drugiej wymianę gazową.
Dobierając im optymalną temperaturę (34 st. C) i składniki pożywki (przełom przyniosło zastąpienie jednej pożywki inną) badacze uzyskali dojrzałe plemniki posiadające charakterystyczny podłużny kształt i wić oraz pojedynczy zestaw chromosomów. Ich obecność w próbkach potwierdzono po ponad miesiącu hodowli, ale proces spermatogenezy toczył się w laboratorium przez ponad dwa miesiące.
Aby dowieść, że udało im się uzyskać sprawne gamety męskie, naukowcy wykorzystali je do zapłodnienia in vitro komórek jajowych. Uzyskane w ten sposób zarodki wprowadzono do narządów rodnych samic. Po ok. 3 tygodniach na świat przyszły myszki jednej i drugiej płci. Liczebność miotów nie odbiegała od normy. Później potwierdzono również, że wszystkie zwierzęta były płodne.
Co ważne, badacze udowodnili również, że plemniki można wyhodować z fragmentów tkanki jąder, które po pobraniu zostały najpierw zamrożone na okres od 4 do 25 dni.
Zdaniem autorów pracy, ich badania dowodzą, że hodowla tkankowa może być efektywną metodą uzyskiwania plemników w laboratorium. W przyszłości, po dopracowaniu, można by ją wykorzystać w medycynie lub do ochrony zagrożonych gatunków.
Pozwoli ona na przykład pobierać od młodych niedojrzałych płciowo samców fragmenty tkanki z jąder i przechowywać je, na wypadek gdyby przedwcześnie wyginęły.
Sukces Japończyków rodzi też nadzieję na opracowanie nowych metod leczenia niepłodności męskiej oraz na ochronę zdolności rozrodczych u młodych chłopców poddawanych agresywnym terapiom.
"Zachowanie zdolności rozrodczych jest poważnym problemem dla pacjentów leczonych z powodu nowotworu chemioterapią czy radioterapią, które przy okazji niszczą komórki rozrodcze" - przypominają autorzy komentarza odredakcyjnego do artykułu, Marco Seandel i Shahin Rafii z Weill Cornell Medical College w Nowym Jorku.
U dojrzałych mężczyzn można temu zaradzić pobierając i zamrażając plemniki przed leczeniem. U chłopców niedojrzałych płciowo nie jest to już takie proste. Wprawdzie badania na zwierzętach wskazują, że dobre efekty mogłoby przynieść zamrażanie spermatogoniów (komórek macierzystych plemników), a następnie przeszczepianie ich pacjentom po zakończeniu leczenia to nie oceniono jeszcze tej metody u ludzi. Nie wiadomo też, czy takie rozwiązanie byłoby bezpieczne.
Metoda zastosowana przez japoński zespół może więc być dobrą alternatywą. Chłopcom mającym przejść radio- lub chemioterapię wykonywano by wcześniej biopsję jąder, a uzyskane w ten sposób próbki tkanki zamrażano.
Gdyby pacjent okazał się być w przyszłości bezpłodny, fragmenty jąder rozmrażano by i hodowano z nich plemniki do zapłodnienia in vitro.
Jednak zanim będzie to możliwe, naukowcy muszą odpowiedzieć na wiele pytań. Nie ma na razie pewności, czy potomstwo uzyskane dzięki wyhodowanym plemnikom (zwłaszcza z zamrożonych tkanek) jest ogólnie zdrowe.
"W rzeczywistości, płodność potomstwa jest raczej słabym wskaźnikiem +normalności+ komórek rozrodczych. Powinno się sprawdzić, czy myszy wyhodowane przez japońskich naukowców dzięki zapłodnieniu in vitro są zdrowe pod innymi względami, jak sprawność układu odporności, skłonność do starzenia się oraz pod względem zachowania" - komentują Seandel i Rafii.
Wcześniejsze badania sugerowały, że w komórkach rozrodczych hodowanych w laboratorium mogą zachodzić procesy powodujące zmiany w aktywności genów. Nie wiadomo też, czy proces naprawy DNA, kluczowy dla zachowania jakości gamet, przebiega w hodowli prawidłowo. Nawet delikatne zmiany na poziomie DNA plemników mogą decydować o zdrowiu potomstwa, podkreślają eksperci.
"Mimo tych zastrzeżeń, zastosowanie hodowli tkankowej stanowi decydujący postęp na wyboistej drodze do medycznego wykorzystania plemników hodowanych in vitro" - podsumowują Seandel i Rafii.
Poinformuj znajomych o tym artykule:
REKLAMA
Inne w tym dziale:
- Podnośniki koszowe, usługi dźwigowe. Bydgoszcz REKLAMA
- Żylaki. Leczenie żylaków kończyn dolnych. Bydgoszcz, Inowrocław, Chojnice, Tuchola. REKLAMA
- Ortopeda. Chirurgia ortopedyczna. Medycyna sportowa. Warszawa REKLAMA
- Jaki wpływ wywiera jazda motocyklem na zdrowie psychiczne?
- Onycholiza - skąd się bierze i jak ją leczyć
- 8 mitów o implantach zębowych, w które prawdopodobnie nadal wierzysz
- Jak działa konduktometr i do czego jest wykorzystywany?
- Wady i zalety aptek internetowych
- Jak w naturalny sposób wspomagać swój układ odpornościowy?
- Suche oko - syndrom oka biurowego
- Komórki macierzyste - jakie choroby leczą?
- Elektryczne samochody wjechały do Polski
- Niealkoholowe stłuszczenie wątroby. Fosfolipidy niezbędne - czynaprawdę są niezbędne?
- Wszystkie w tym dziale
REKLAMA
