Nowe badania przeprowadzone na Oregon Health & Science University opisują podstawy naukowe stojące za obiecującą techniką leczenia niepłodności poprzez przekształcenie komórki skóry w komórkę jajową zdolną do wytworzenia zdolnych do życia zarodków.
Naukowcy z OHSU udokumentowali gametogenezę in vitro, czyli IVG, na modelu mysim poprzez wstępne etapy techniki polegającej na przeniesieniu jądra komórki skóry do komórki jajowej dawcy, której jądro zostało usunięte. Prowadząc eksperymenty na myszach, badacze nakłonili jądro komórki skóry do zmniejszenia liczby chromosomów o połowę, tak aby mogła zostać zapłodniona przez plemnik i wytworzyć żywotny zarodek.
Wyniki badania opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Science Advances.
„Celem jest wyprodukowanie komórek jajowych dla pacjentów, którzy nie mają własnych komórek jajowych” – powiedział starszy autor dr Shoukhrat Mitalipov, dyrektor Centrum Terapii Komórkowej i Genowej OHSU.
Technikę tę mogą stosować kobiety w zaawansowanym wieku matki lub kobiety, które nie są w stanie wyprodukować zdolnych do życia komórek jajowych z powodu wcześniejszego leczenia raka lub z innych przyczyn. Zwiększa również możliwość posiadania dzieci przez mężczyzn pozostających w związkach tej samej płci, które są genetycznie spokrewnione z obojgiem rodziców.
Zamiast próbować różnicować indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste, czyli iPSC, w plemniki lub komórki jajowe, badacze z OHSU skupiają się na technice opartej na transferze jądra komórki somatycznej, podczas której jądro komórki skóry przeszczepia się do pozbawionej jądra komórki jajowej dawcy. W 1996 roku naukowcy wykorzystali tę technikę do sklonowania w Szkocji owcy o imieniu Dolly.
W tym przypadku badacze stworzyli klon jednego z rodziców.
Z kolei w badaniu OHSU opisano wynik techniki, w wyniku której otrzymano zarodki z chromosomami pochodzącymi od obojga rodziców. Proces składa się z trzech etapów:
Naukowcy przeszczepiają jądro komórki skóry myszy do mysiego jaja pozbawionego własnego jądra. Pod wpływem cytoplazmy – płynu wypełniającego komórki – w jaju dawcy wszczepione jądro komórki skóry odrzuca połowę swoich chromosomów. Proces ten jest podobny do mejozy, kiedy komórki dzielą się, tworząc dojrzałe plemniki lub komórki jajowe. Jest to kluczowy etap, w wyniku którego powstaje haploidalne jajo z pojedynczym zestawem chromosomów. Następnie badacze zapładniają nową komórkę jajową plemnikiem w procesie zwanym zapłodnieniem in vitro. W ten sposób powstaje diploidalny zarodek z dwoma zestawami chromosomów, co ostatecznie doprowadzi do powstania zdrowego potomstwa z równym wkładem genetycznym obojga rodziców.
Badacze z OHSU wykazali już wcześniej dowód słuszności koncepcji w badaniu opublikowanym w styczniu 2022 r., ale nowe badanie idzie dalej i skrupulatnie sekwencjonuje chromosomy.
Naukowcy odkryli, że jądro komórki skóry segregowało chromosomy za każdym razem, gdy zostało wszczepione do komórki jajowej dawcy. W rzadkich przypadkach zdarzało się to idealnie, z jednym z każdej pary pasujących chromosomów jaja i plemnika.
„Ta publikacja w zasadzie pokazuje, jak osiągnęliśmy haploidalność” – powiedział Mitalipow. „W następnej fazie tych badań ustalimy, w jaki sposób ulepszymy to parowanie, aby każda para chromosomów prawidłowo się rozdzieliła”.
Laboratoria na całym świecie stosują inną technikę IVG, która obejmuje czasochłonny proces przeprogramowania komórek skóry tak, aby stały się iPSC, a następnie różnicowania ich tak, aby stały się komórkami jajowymi lub plemnikami.
„Pomijamy cały etap przeprogramowania komórek” – powiedziała współautorka Paula Amato, lekarz medycyny, profesor położnictwa i ginekologii w Szkole Medycznej OHSU. „Zaletą naszej techniki jest to, że pozwala uniknąć długiego czasu hodowli potrzebnego na przeprogramowanie komórki. W ciągu kilku miesięcy może nastąpić wiele szkodliwych zmian genetycznych i epigenetycznych”.
Chociaż naukowcy badają tę technikę również na ludzkich jajach i wczesnych embrionach, Amato twierdzi, że upłyną lata, zanim technika będzie gotowa do zastosowania klinicznego.
„To daje nam wiele informacji” – powiedziała. „Ale wciąż pozostaje wiele pracy do wykonania, aby zrozumieć, w jaki sposób te chromosomy łączą się w pary i jak wiernie się dzielą, aby faktycznie odtworzyć to, co dzieje się w naturze”.
Wszystkie badania z udziałem zwierząt w OHSU muszą zostać sprawdzone i zatwierdzone przez uniwersytecką Komisję ds. Instytucjonalnej Opieki nad Zwierzętami i Wykorzystywania. Priorytetem IACUC jest zapewnienie zdrowia i bezpieczeństwa uczestnikom badań na zwierzętach. IACUC dokonuje również przeglądu procedur mających na celu zapewnienie zdrowia i bezpieczeństwa osób pracujących ze zwierzętami. W OHSU nie wolno wykonywać żadnej pracy na żywych zwierzętach bez zgody IACUC.