Лабораторно отгледана сперма: Учените са все по-близо до пробив в областта на фертилитета

Звучи като научна фантастика: събират се кръвни клетки от човек, така се прилага генно инженерство, че в крайна сметка да се трансформират в незрели сперматозоиди, и след това се инкубират в малка торбичка, отгледана върху бъбрек на мишка.

Но не е плод на развинтено въображение. Сега екип изследователи съобщава в списанието Cell Stem Cell, че е провел успешно процедурата, с крайната цел да създаде зряла човешка сперма в лаборатория.

Засега тази цел остава недостижима. Клетките, отгледани в лаборатория, са спрели развитието си в незрял стадий. Много препятствия трябва да бъдат преодолени, за да се създадат зрели сперматозоиди в лабораторни условия, посочва Ооин Уилан (Eoin Whelan), репродуктивен биолог в Университета на Пенсилвания във Филаделфия, който е член на изследователския екип. Но последното постижение е стъпка в правилната посока.

Междувременно процедурата може да се използва за изучаване на ранните етапи от развитието на човешките сперматозоиди и за откриване на причини за мъжкото безплодие. Около 40% от случаите на мъжко безплодие нямат известна причина.

"Подхождаме към това от гледна точка на фундаменталната наука", заявява Уилан. "Далеч сме от клиничното приложение."

Неуловима цел

Някои от потенциалните клинични приложения са спорни, особено идеята за използване на лабораторно отгледани сперматозоиди или яйцеклетки за създаване на бебета. Въпреки че някои изследователи се надяват, че подходът може да се използва за лечение на специфични случаи на безплодие, практиката повдига и етични опасения. Едно от тях е, че техниката би могла да улесни генетичното модифициране на репродуктивните клетки за производство на "дизайнерски бебета".

Досега малко изследователи са успявали да създадат миши яйцеклетки и сперматозоиди от кожни клетки на мишки. Тези клетки са генетично препрограмирани, така че да се трансформират в индуцирани плурипотентни стволови (iPS) клетки - "млади" клетки, които действат като тези в ембрионите и могат да бъдат химически или генетично подтикнати да се превърнат в напълно различни клетки, като например сперматозоиди. Един екип дори използва подхода, за да генерира потомство от две мъжки мишки.

Но досега изследователите не са успявали да пренесат тези успехи при мишките върху хора или други примати поради различията в начина, по който видовете се развиват. Също така е трудно да се изследва развитието на човешкия фетус (плод), така че изследователите, които се стремят да разберат и пресъздадат най-ранните дни на развитието на сперматозоидите и яйцеклетките, остават в неведение.

"При хората работата е много изостанала", отбелязва Котаро Сасаки (Kotaro Sasaki), ембриолог, също от Университета на Пенсилвания.

Стъпка по стъпка

Сасаки и колегите му преди това са разработили как да превърнат човешки iPS клетки в такива, които наподобяват ранните ембрионални клетки, от които в крайна сметка се развиват яйцеклетки и сперматозоиди. След това изследователите смесват тези незрели клетки с нерепродуктивни клетки от тестисите на развиващи се мишки. Нерепродуктивните миши клетки могат да осигурят защитата и хранителните вещества, необходими за подпомагане на развитието на сперматозоидите.

Това позволило на Сасаки и колегите му да се доближат до зрялата сперма, но клетките не са напреднали отвъд ранния етап на развитие на сперматозоидите, който се среща при човешките фетуси.

Изследователи смесват нерепродуктивни клетки от тестиси на мишки (циан) с незрели сперматозоиди на макак (червено и зелено) и ги трансплантират в торбичка на бъбрек на мишка. Месец след трансплантацията, клетките на мишката се подредили в тръбни структури, подобни на тези в тестисите (показани на това изображение). Кредит: EC Whelan et al./Cell Stem Cell

Сега Сасаки, Уилан и техните колеги са развили процеса по-нататък, като са трансплантирали сместа си от клетки в живи мишки – в област от бъбреците, за която е известно, че е добре пригодена за поддържане на трансплантирани тъкани.

Веднъж попаднали в тази торбичка, трансплантираните клетки се самоорганизирали в тръбни структури, подобни на тези в тестисите, където се произвеждат сперматозоидите. Шест месеца след трансплантацията човешките клетки се развили в сперматогонии – клетки, които в крайна сметка могат да дадат началото на зрели сперматозоиди.

Генната активност в тези незрели сперматозоиди много наподобявала тази, наблюдавана в нормалните човешки сперматогонии. Но повечето човешки клетки спират развитието си на този етап и никоя не продължила да образува зряла сперма. Същото става и когато екипът провежда експеримента с макаци.

Блокери на зрелостта?

Сасаки смята, че видовите различия между развиващите се човешки сперматогонии и поддържащите миши клетки може да са причина за спирането на развитието до сперматозоиди. Развитието на сперматозоидите е сложно и изисква нерепродуктивни клетки в околната тъкан, но и хормонални сигнали от други органи. Тези фактори може да не са идентични при мишките и хората.

Инкубирането на човешки клетки с нерепродуктивни клетки, които също са от хора, би могло да помогне на клетките да се развият в зрели сперматозоиди, посочва Амандър Кларк  (Amander Clark), ембриолог от Калифорнийския университет в Лос Анджелис.

"Това е технологичната иновация, която ще дойде след това", обяснява Кларк.

Друга важна следваща стъпка ще бъде да се потвърди дали сперматогониите са функционални. При хората изследователите не могат да направят това, без да се натъкнат на етични съображения, така че Сасаки се надява да проведе тези експерименти с макаци.

"В крайна сметка трябва да се произведат сперматозоиди – и бебе", коментира Кайл Орвиг (Kyle Orwig), репродуктивен биолог в Университета в Питсбърг в Пенсилвания. "Това ще покаже, че имате истински клетки."

Междувременно няколко частни компании също работят за генериране на лабораторно отгледани яйцеклетки и сперматозоиди. Миналия месец биотехнологична фирма Conception, базирана в Бъркли, Калифорния, съобщава, че е отгледала незрели човешки яйцеклетки от стволови клетки в лаборатория. През май друга компания, Paterna Biosciences в Солт Лейк Сити, Юта, обявява, че е отгледала зрели сперматозоиди. Paterna обаче започва процеса си с незрели сперматозоиди, събрани от тестиси, вместо да се опитва да възпроизведе най-ранните етапи от развитието на сперматозоидите, използвайки iPS клетки.

Въпреки това, подобни твърдения са трудни за оценка, коментира Сасаки. "Те не показват никакви данни. Претенциите за големи постижения, трябват да се подкрепят със солидни доказателства."

Справка:

1. Whelan, E. C. et al. Cell Stem Cell https://doi.org/10.1016/j.stem.2026.06.001 (2026). Article  Google Scholar 

2. Murakami, K. et al. Nature 615, 900–906 (2023). Article  PubMed  Google Scholar 

3. Sasaki, K. et al. Cell Stem Cell 17, 178–194 (2015). Article  PubMed  Google Scholar 

4. Hwang, Y. S. et al. Nature Commun. 11, 5656 (2020). Article  PubMed  Google Scholar 

Източник: Lab-grown sperm: scientists inch closer to fertility breakthrough, Heidi Ledford, Nature 655, 827-828 (2026); doi: https://doi.org/10.1038/d41586-026-02172-6

Още по темата

23/12/2024

Медицина

Първото в света раждане на живо бебе с помощта на яйцеклетки, узрели извън тялото, е успешно

29/03/2024

Животът

Учени създават здрави малки на мишки от двама бащи, без женска ДНК

23/09/2021

Животът

Учени изграждат подобни на ембриони структури от човешки стволови клетки

30/07/2019

Животът

В Япония одобриха създаването на хибридни ембриони от хора и гризачи