To je razlog zbog kojeg je novo istraživanje objavljeno u časopisu Cell Stem Cell privuklo veliku pozornost. U njemu su znanstvenici iz ljudskih induciranih pluripotentnih matičnih stanica (iPSC), koje se mogu dobiti reprogramiranjem odraslih stanica, primjerice onih iz krvi, stvorili stanice s ključnim obilježjima spermatogonija, preteča iz kojih nastaju spermiji. Dio stanica napredovao je sve do početka mejoze, posebne diobe tijekom koje se broj kromosoma prepolovljuje.
Važno je odmah naglasiti da znanstvenici u tom istraživanju nisu stvorili zrele ljudske spermije, niti su njima oplodili ljudsku jajnu stanicu. No uspjeli su napraviti korak koji se godinama smatrao jednom od najvećih prepreka u razumijevanju razvoja muških spolnih stanica.
Sljedeći izazov bio je potaknuti iPSC da krenu putem kojim u embrionalnom razvoju nastaju spolne stanice. Kako bi to postigli, znanstvenici pod vodstvom Kotara Sasakija s University of Pennsylvania najprije su pluripotentne stanice pretvorili u takozvane primordijalne zametne stanice, prve preteče iz kojih se kasnije razvijaju spermiji ili jajne stanice. U tom koraku dosadašnji su pokušaji uglavnom zapinjali. Ljudske stanice jednostavno nisu dobivale odgovarajuće signale za daljnji razvoj.
U novoj studiji znanstvenici nisu pokušali dovršiti cijeli proces samo u laboratorijskoj posudici. Ljudske zametne stanice povezali su s mišjim potpornim stanicama kako bi stvorili okruženje nalik fetalnom testisu, u kojem su dobivale molekularne signale potrebne za daljnji razvoj.
Takve su strukture potom presadili pod kapsulu bubrega imunodeficijentnih miševa. Njihov oslabljeni imunosni sustav nije odbacivao strane stanice, dok im je područje uz bubreg osiguravalo dobru opskrbu krvlju i povoljne uvjete za razvoj.
Nakon nekoliko mjeseci znanstvenici su utvrdili da su se ljudske stanice razvile u spermatogonije, rane muške zametne stanice iz kojih se daljnjim sazrijevanjem razvijaju spermiji. Analize aktivnosti njihovih gena i epigenetskih obilježja, kemijskih oznaka koje određuju koji će geni biti uključeni ili isključeni, pokazale su da su bile iznenađujuće slične prirodnim spermatogonijama u ljudskim testisima.
Primarni cilj tima nije bio proizvesti zrele spermije, nego rekonstruirati rane faze razvoja ljudskih muških zametnih stanica. Te su faze razvoja znanstvenicima uglavnom nedostupne jer se odvijaju u embriju i fetusu tokom trudnoće.
To je važno jer se smatra da mnogi oblici muške neplodnosti nastaju upravo tada. Ako znanstvenici u laboratoriju uspiju vjerno reproducirati taj razvojni put, moći će mnogo bolje razumjeti zašto kod nekih muškaraca proizvodnja spermija nikada ne započne ili se zaustavi u ranoj fazi. Umjesto proučavanja rijetkih uzoraka ljudskog tkiva, moći će promatrati cijeli proces gotovo od samog početka.
Takav bi model mogao olakšati istraživanje genetskih uzroka neplodnosti, testiranje mogućih lijekova i razvoj novih terapijskih pristupa.
Znanstvenici su u novom istraživanju napravili veliki korak, no treba imati na umu da je put od spermatogonije do zrelog spermija dug i složen.
U ljudskom organizmu spermatogeneza traje otprilike dva i pol mjeseca i uključuje niz precizno usklađenih dioba te genetskih i epigenetskih promjena. Poremećaji u bilo kojoj od tih faza mogu zaustaviti razvoj stanica ili povećati rizik od kromosomskih i drugih nepravilnosti.
Zbog toga autori naglašavaju da njihov rad neće omogućiti skoru kliničku primjenu, nego bolje razumijevanje ljudske biologije. U svojem radu ističu da njihov sustav pruža platformu za proučavanje razvoja ljudskih zametnih stanica i bolesti koje utječu na plodnost.
Novo istraživanje nastavak je više od desetljeća pokušaja da se razvoj spolnih stanica rekonstruira izvan tijela. Japanski znanstvenici još su 2011. iz spermatogonijskih matičnih stanica miša u laboratorijski uzgojenom tkivu testisa proizveli funkcionalne muške spolne stanice, koje su nakon mikroskopske oplodnje dovele do rođenja zdravih mladunaca.
Isti je tim potom 2012. iz mišjih pluripotentnih matičnih stanica stvorio jajne stanice iz kojih su rođeni plodni potomci, a 2016. u laboratoriju je uspješno rekonstruiran i cijeli razvojni proces ženskih spolnih stanica.
No prijenos takvih postupaka na ljude pokazao se zahtjevnim. Naime, razvoj ljudskih zametnih stanica traje znatno dulje, a uvjeti koji upravljaju njihovim sazrijevanjem mnogo su složeniji i još nisu u potpunosti poznati.
Ako se rezultati novog rada potvrde i dodatno unaprijede, njihova bi najveća vrijednost mogla biti u razvoju personalizirane medicine. Naime, znanstvenici bi jednoga dana iz pacijentovih vlastitih stanica mogli stvarati laboratorijske modele razvoja njegovih zametnih stanica i utvrđivati u kojoj se fazi javlja poremećaj.
To bi moglo pomoći u razvoju novih lijekova ili preciznijem odabiru terapija za pojedine oblike neplodnosti.
Do mogućnosti stvaranja potpuno funkcionalnih ljudskih spermija u laboratoriju, ako se ona pokaže sigurnom i etički prihvatljivom, vjerojatno će proći još mnogo godina. Prije toga znanstvenici će morati dokazati da su takve stanice genetski stabilne, da nemaju skrivene mutacije i da se razvijaju na isti način kao prirodni spermiji. Uz to će biti potrebno riješiti brojna etička i regulatorna pitanja jer bi to moglo voditi do dizajniranja beba.
Ipak, već i ovaj rezultat predstavlja važan iskorak.
Posljednjih mjeseci pozornost je privukla i tvrdnja američkog startupa Paterna Biosciences da je iz spermatogonijskih matičnih stanica izdvojenih iz tkiva testisa u laboratoriju stvorio ljudske spermije te ih upotrijebio za oplodnju jajnih stanica.
Prema časopisu WIRED dobiveni embriji izvana su izgledali uredno, no to samo po sebi ne potvrđuje da su bili genetski normalni niti da bi se mogli sigurno razvijati. Tvrtka tvrdi da je računalnim metodama predvidjela molekularne signale potrebne u pojedinim fazama nastanka spermija, a zatim u laboratoriju ispitala različite kombinacije tih signala.
Paterna rezultate još nije objavila u recenziranom znanstvenom časopisu, a nisu ih ni neovisno potvrdili drugi znanstvenici. Stoga zasad nije moguće pouzdano procijeniti učinkovitost, sigurnost niti stvarni doseg tog postupka.
Direktor i suosnivač tvrtke Alexander Pastuszak rekao je za WIRED da spermiji dobiveni u laboratoriju prema prvim ispitivanjima izgledaju “gotovo istovjetno” prirodno nastalim spermijima. Tvrtka sada najavljuje opsežnije usporedbe oplodnje prirodnim i laboratorijski proizvedenim spermijima te analize mogućih fizičkih i genetskih nepravilnosti u tako dobivenim embrijima, prenio je Index.hr.
Saznajte sve o najvažnijim vijestima i događajima, čitajte na Google News.