Взрослые мужчины могут заморозить свою сперму перед лучевой или химиотерапией, которые могут сделать сперму бесплодной. Но мальчики, которые не прошли половое созревание, могут удалить и заморозить только стволовые сперматозоиды в ожидании технологии, которая могла бы культивировать клетки и помещать их обратно в семенники, где они производят сперму после полового созревания.
Джон Оатли, доцент Школы молекулярных биологических наук Университета штата Вашингтон и директор Центра репродуктивной биологии, сказал, что он и его коллеги находятся на пути к разработке такой технологии.
«Я думаю, что это станет стандартом, по которому каждый культивирует свои клетки, в том числе пытается создать условия для человеческих клеток», — сказал Оатли.
Он и его коллеги — аспирантка Эйлин Хелсел и руководитель лаборатории Мелисса Оатли — сообщают о новой технике в журнале Stem Cell Reports.
Стволовая клетка может производить 5000 сперматозоидов
По данным Американского онкологического общества, менее 1 процента случаев рака в стране затрагивают детей. Лучше четырех из пяти выживают пять и более лет, но мальчики в препубертатном возрасте рискуют заболеть азооспермией — отсутствием жизнеспособной спермы.
«После того, как рак взят под контроль, качество жизни, которое часто включает способность иметь нормального ребенка, становится серьезной проблемой», — сказал Марвин Мейстрих, онколог из Техасского университета, в журнале Pediatric Blood & Cancer.
С каждым ударом сердца зрелые плодородные мужчины производят около 1300 сперматозоидов. Они происходят из пула самообновляющихся сперматогониальных стволовых клеток, присутствующих при рождении.
Когда каждая стволовая клетка дифференцируется, она может производить около 5000 сперматозоидов.
Восьмикратное улучшение жизнеспособных стволовых клеток спермы
Работая с детенышами препубертатных мышей, Оатли и его коллеги поместили флуоресцентную метку на ген, специфичный для стволовых клеток. Это позволило им фактически наблюдать процесс дифференциации стволовых клеток с образованием предшественников, которые в конечном итоге становятся сперматозоидами.
В начале процесса они увидели, что стволовые клетки создают энергию с помощью одного метода, называемого гликолизом, а затем переключаются на другой метод. Второй метод, называемый окислительным фосфорилированием, производит свободные радикалы, реактивные формы кислорода, которые могут быть особенно вредными для ДНК клетки.
«Если вы стволовая клетка, которая будет давать начало сперматозоидам на протяжении всей жизни человека, вы хотите иметь безупречный геном», — сказал Оатли. "Вы не хотите, чтобы он был поврежден реактивными формами кислорода. Вот почему мы считаем, что гликолиз важен для стволовых клеток.
Поэтому мы попытались изменить культуральную среду, чтобы способствовать гликолизу."
Снижая содержание кислорода в культуре — добавляя азот, чтобы сократить его более чем наполовину — исследователи обнаружили, что они могут значительно улучшить процент стволовых клеток, способных производить нормальные сперматозоиды при возвращении в яички. Если раньше только 5 процентов клеток оставались жизнеспособными через шесть месяцев, то теперь жизнеспособными стали 40 процентов.
"Мы получаем восьмикратное улучшение", — сказал Оатли.
Следующие шаги: эпигенетические исследования тканей человека
Исследователям WSU еще предстоит решить множество проблем. Работая с Марисой Бартоломей из Пенсильванского университета, они планируют увидеть, претерпевают ли культивируемые стволовые клетки изменения в их эпигеноме, который определяет, включены ли гены.
Команда также изучит, будет ли метод работать с тканями человека.
