Вчені наблизилися до лабораторного вирощування сперматозоїдів

Ця робота наближає вчених до відтворення цього процесу, але отримати зрілі сперматозоїди не вдалося. Експериментальні клітини не могли запліднити яйцеклітину і не використовувалися для створення ембріонів.

Поки що це не метод лікування безпліддя, а дослідницька модель. За її допомогою можна вивчати ранній розвиток чоловічих статевих клітин, шукати причини деяких форм безпліддя та в майбутньому перевіряти безпеку нових підходів.

Деталі

В основі експерименту лежали індуковані плюрипотентні стовбурові клітини, або iPS-клітини. Їх отримують із звичайних клітин дорослого організму, повертаючи їх у стан, з якого вони знову можуть розвиватися в різні типи тканин. Людські iPS-клітини в цій роботі були створені з клітин крові. Окремі експерименти проводили з клітинами макак-резусів.

За допомогою послідовності хімічних сигналів дослідники спрямували iPS-клітини на шлях утворення статевих клітин. Спочатку з’явилися клітини, схожі на первинні статеві клітини ембріона. У природних умовах саме з них згодом розвиваються яйцеклітини або сперматозоїди.

Одних хімічних сигналів виявилося недостатньо. Для подальшого розвитку майбутнім статевим клітинам потрібне складне середовище з навколишніх тканин, гормонів і сигнальних молекул.

Щоб створити таке середовище, вчені змішали людські або мавпячі клітини з допоміжними клітинами, отриманими з яєчок мишачих ембріонів. Суміш самостійно організувалася у тривимірну конструкцію, яку автори назвали ксеногенним реконструйованим яєчком. Простіше кажучи, це модель тканини яєчка, зібрана з клітин різних видів.

Усередині неї почали формуватися структури, схожі на сім’яні канальці. Це тонкі трубочки, у яких у справжньому яєчку розвиваються сперматозоїди.

Однак конструкція росла не лише в лабораторному посуді. Її пересаджували під оболонку нирки імунодефіцитних мишей. Це місце добре кровопостачається, тому клітини могли отримувати кисень і поживні речовини та розвиватися протягом кількох місяців.

У результаті людські клітини досягли стадії сперматогіїв — ранніх попередників сперматозоїдів. Автори також виявили невелику кількість клітин, які тільки починали підготовку до мейозу. Так називається особливий процес поділу, під час якого майбутня статева клітина отримує половинний набір хромосом.

За зовнішнім виглядом, набором білків та активністю генів вирощені клітини були схожі на природні статеві клітини людини та макаки на відповідному етапі розвитку. Але вони не пройшли мейоз до кінця і не перетворилися на зрілі сперматозоїди з хвостом.

Дослідники також з’ясували, що білки NANOS3 і DND1 допомагають раннім статевим клітинам виживати й не перетворюватися на клітини інших тканин. Ретиноєва кислота — один із похідних вітаміну А — брала участь у запуску їхнього подальшого дозрівання. Це лабораторне спостереження не означає, що прийом вітамінів може впливати на безпліддя або замінити лікування.

Чому це важливо

Деякі форми чоловічого безпліддя пов’язані з тим, що процес утворення статевих клітин зупиняється на одному з ранніх етапів. Досліджувати такі порушення складно: розвиток сперматозоїдів займає багато часу і залежить від точної взаємодії кількох типів клітин усередині яєчка.

Досліди на мишах дають багато корисної інформації, але розвиток статевих клітин у гризунів і приматів помітно відрізняється. Тому результати, отримані на мишах, не можна автоматично переносити на людину.

Нова модель дозволяє спостерігати, як людські та мавпячі клітини проходять перші етапи розвитку. Надалі вчені зможуть вимикати окремі гени, змінювати умови вирощування та перевіряти, на якому етапі й з якої причини процес порушується.

Теоретично подібні технології колись можуть допомогти людям, організм яких не виробляє власних сперматозоїдів. Наприклад, звичайні клітини пацієнта можна було б перепрограмувати й спрямувати на шлях утворення статевих клітин. Але для цього потрібно навчитися отримувати повноцінні сперматозоїди, перевірити їхню генетичну та епігенетичну безпеку, а також вирішити серйозні етичні та правові питання.

Загальна інформація

Утворення сперматозоїдів — багатоступеневий процес. Сперматогонії діляться, потім перетворюються на сперматоцити, проходять мейоз і лише після цього стають сперматозоїдами. Помилка на будь-якому етапі може призвести до безпліддя або генетичних порушень.

Вченим уже вдавалося пройти весь цей шлях у експериментах із клітинами мишей. У людей та інших приматів процес зазвичай зупиняється значно раніше — до завершення мейозу.

Головна проблема полягає в тому, що статеві клітини не розвиваються самі по собі. Їм потрібне особливе клітинне оточення, яке складно відтворити в лабораторному посуді. Автори нової роботи частково вирішили цю задачу, об’єднавши стовбурові клітини приматів із допоміжними клітинами мишей і помістивши конструкцію в організм тварини.

Це робить експеримент важливим проміжним етапом. Він показує, що розвиток людських статевих клітин можна просунути далі, але водночас підкреслює, наскільки складним залишається отримання зрілих сперматозоїдів повністю в лабораторних умовах.

Джерело

Дослідження Еоїна Вілана, Мін’юе Го, Котаро Сасакі та їхніх колег «Generation of spermatogonia from human and non-human primate pluripotent stem cells»опубліковано в журналі Cell Stem Cell у 2026 році.