Учёные приблизились к лабораторному выращиванию сперматозоидов

Работа приближает учёных к воспроизведению этого процесса, но зрелые сперматозоиды получить не удалось. Экспериментальные клетки не могли оплодотворить яйцеклетку и не использовались для создания эмбрионов.

Пока это не метод лечения бесплодия, а исследовательская модель. С её помощью можно изучать раннее развитие мужских половых клеток, искать причины некоторых форм бесплодия и в будущем проверять безопасность новых подходов.

Детали

В основе эксперимента лежали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, или iPS-клетки. Их получают из обычных клеток взрослого организма, возвращая в состояние, из которого они снова могут развиваться в разные типы тканей. Человеческие iPS-клетки в этой работе были созданы из клеток крови. Отдельные эксперименты проводили с клетками макак-резусов.

С помощью последовательности химических сигналов исследователи направили iPS-клетки по пути образования половых клеток. Сначала появились клетки, похожие на первичные половые клетки эмбриона. В естественных условиях именно из них впоследствии развиваются яйцеклетки или сперматозоиды.

Одних химических сигналов оказалось недостаточно. Для дальнейшего развития будущим половым клеткам нужна сложная среда из окружающих тканей, гормонов и сигнальных молекул.

Чтобы создать такую среду, учёные смешали человеческие или обезьяньи клетки с вспомогательными клетками, полученными из яичек мышиных эмбрионов. Смесь самостоятельно организовалась в трёхмерную конструкцию, которую авторы назвали ксеногенным реконструированным яичком. Проще говоря, это модель ткани яичка, собранная из клеток разных видов.

Внутри неё начали формироваться структуры, похожие на семенные канальцы. Это тонкие трубки, в которых в настоящем яичке развиваются сперматозоиды.

Однако конструкция росла не только в лабораторной посуде. Её пересаживали под оболочку почки иммунодефицитных мышей. Это место хорошо снабжается кровью, поэтому клетки могли получать кислород и питательные вещества и развиваться в течение нескольких месяцев.

В результате человеческие клетки достигли стадии сперматогониев — ранних предшественников сперматозоидов. Авторы также нашли небольшое количество клеток, которые только начинали подготовку к мейозу. Так называется особое деление, во время которого будущая половая клетка получает половинный набор хромосом.

По внешнему виду, набору белков и активности генов выращенные клетки были похожи на естественные половые клетки человека и макаки на соответствующем этапе развития. Но они не прошли мейоз до конца и не превратились в зрелые сперматозоиды с хвостом.

Исследователи также выяснили, что белки NANOS3 и DND1 помогают ранним половым клеткам выживать и не превращаться в клетки других тканей. Ретиноевая кислота — одно из производных витамина А — участвовала в запуске их дальнейшего созревания. Это лабораторное наблюдение не означает, что приём витаминов может влиять на бесплодие или заменить лечение.

Почему это важно

Некоторые формы мужского бесплодия связаны с тем, что процесс образования половых клеток останавливается на одном из ранних этапов. Изучать такие нарушения сложно: развитие сперматозоидов занимает много времени и зависит от точного взаимодействия нескольких типов клеток внутри яичка.

Опыты на мышах дают много полезной информации, но развитие половых клеток у грызунов и приматов заметно различается. Поэтому результаты, полученные на мышах, нельзя автоматически переносить на человека.

Новая модель позволяет наблюдать, как человеческие и обезьяньи клетки проходят первые этапы развития. В дальнейшем учёные смогут отключать отдельные гены, менять условия выращивания и проверять, на каком этапе и по какой причине процесс нарушается.

Теоретически подобные технологии когда-нибудь могут помочь людям, организм которых не производит собственные сперматозоиды. Например, обычные клетки пациента можно было бы перепрограммировать и направить по пути образования половых клеток. Но для этого предстоит научиться получать полноценные сперматозоиды, проверить их генетическую и эпигенетическую безопасность, а также решить серьёзные этические и правовые вопросы.

Бэкграунд

Образование сперматозоидов — многоступенчатый процесс. Сперматогонии делятся, затем превращаются в сперматоциты, проходят мейоз и только после этого становятся сперматозоидами. Ошибка на любом этапе может привести к бесплодию или генетическим нарушениям.

Учёным уже удавалось пройти весь этот путь в экспериментах с мышиными клетками. У людей и других приматов результат обычно останавливается значительно раньше — до завершения мейоза.

Главная проблема заключается в том, что половые клетки не развиваются сами по себе. Им требуется особое клеточное окружение, которое сложно воспроизвести в лабораторной посуде. Авторы новой работы частично решили эту задачу, объединив стволовые клетки приматов с вспомогательными клетками мышей и поместив конструкцию в организм животного.

Это делает эксперимент важным промежуточным этапом. Он показывает, что развитие человеческих половых клеток можно продвинуть дальше, но одновременно подчёркивает, насколько сложным остаётся получение зрелых сперматозоидов полностью в лабораторных условиях.

Источник

Исследование Эоина Уилана, Минъюэ Го, Котаро Сасаки и их коллег Generation of spermatogonia from human and non-human primate pluripotent stem cells⁠ опубликовано в журнале Cell Stem Cell в 2026 году.