сперматозоиды

Ученые уже много лет пытаются воспроизвести в лаборатории процесс формирования человеческих половых клеток. Потенциально это поможет бесплодным мужчинам, но пока создание таких клеток остается сложной задачей, а технология вызывает этические споры. Критики опасаются, что в будущем ее можно будет использовать не только для лечения бесплодия, но и для генетического изменения половых клеток.

Первые результаты исследователи получили в экспериментах на мышах. Ученые научились перепрограммировать обычные клетки организма, например клетки кожи, и возвращать их в стволовое состояние, из которого они могут развиваться в разные типы тканей. Затем с помощью специальных сигналов исследователи направляли их развитие по пути половых клеток. В 2023 году с помощью этого подхода даже получили потомство от двух самцов мышей.

Однако перенести эти результаты на человека оказалось гораздо сложнее. Половые клетки людей и мышей развиваются по-разному, а самые ранние этапы формирования сперматозоидов у человека трудно изучать напрямую. Поэтому ученые пока не до конца понимают, какие сигналы необходимы клеткам, чтобы они прошли весь путь развития.

В новой работе, опубликованной в журнале Cell Stem Cell, команда Котаро Сасаки из Пенсильванского университета продолжила развивать этот подход. Сначала исследователи превратили человеческие стволовые клетки в клетки, похожие на ранние предшественники сперматозоидов. Затем ученые смешали эти незрелые клетки с поддерживающими клетками из семенников эмбрионов мышей. Такие клетки сами не превращаются в сперматозоиды, но создают условия, необходимые для их развития, передавая сигналы и обеспечивая будущие половые клетки питательными веществами. После этого полученную смесь пересадили на поверхность почки живой мыши, где пересаженные ткани могли сохранять структуру и продолжать развиваться.

Со временем человеческие клетки самостоятельно организовались в трубчатые структуры, похожие на семенные канальцы — именно в них в организме формируются сперматозоиды. Через шесть месяцев они достигли стадии сперматогоний, то есть клеток-предшественников, из которых в дальнейшем должны развиваться зрелые сперматозоиды.

Исследователи проверили активность генов в этих клетках и выяснили, что она во многом совпадает с активностью нормальных человеческих сперматогоний. Однако дальше этого этапа развитие остановилось: ни одна клетка не превратилась в зрелый сперматозоид. Такой же результат ученые получили и в экспериментах с макаками.

Главная проблема, вероятно, связана с тем, что человеческие клетки развивались в окружении мышиных тканей. Формирование сперматозоидов зависит от сложного взаимодействия между половыми клетками, окружающими тканями и гормональными сигналами, которые поступают из других органов. Эти механизмы отличаются у разных видов, поэтому ткани мыши не смогли полностью воспроизвести условия, необходимые для развития человеческих клеток.

Чтобы преодолеть это ограничение и создать более подходящую среду для созревания будущих сперматозоидов, в будущем ученые хотят использовать человеческие поддерживающие клетки вместо мышиных. Кроме того, исследователям предстоит проверить, способны ли полученные сперматогонии нормально выполнять свои функции. Провести такой эксперимент на людях невозможно из-за этических ограничений, поэтому ученые планируют продолжить работу на макаках.

Хотя получить зрелые сперматозоиды пока не удалось, новая технология станет важным инструментом фундаментальной науки. Она позволит исследователям изучать самые ранние этапы развития мужских половых клеток и лучше понимать механизмы бесплодия. Авторы работы подчеркивают, что до клинического применения еще далеко: сначала необходимо доказать, что выращенные клетки не только похожи на естественные, но и безопасны для использования.