W 2007 roku grupa badaczy poinformowała o zaskakującym odkryciu: Stworzyli oni komórki podobne do plemników z komórek macierzystych pobranych ze szpiku kostnego ludzkich mężczyzn. Dwa lata później badanie zostało jednak wycofane z powodu oskarżeń o plagiat. Trzynaście lat później, zdolność do tworzenia funkcjonalnych ludzkich plemników z komórek macierzystych pozostaje nieuchwytna.
Naukowcy próbowali dowiedzieć się, jak stworzyć funkcjonujące ludzkie gamety – jaja i plemniki – z komórek macierzystych przez 20 lub 30 lat, mówi Vittorio Sebastiano, biolog komórek macierzystych na Uniwersytecie Stanforda, którego badania koncentrują się na biologii reprodukcyjnej. Pomogłoby to ludziom zmagającym się z niepłodnością mieć dzieci i pomogłoby naukowcom odkryć tajemnice ludzkiego rozwoju. Od 2007 roku naukowcy poczynili znaczne postępy w tej dziedzinie, tworząc zdrowe szczenięta myszy z gamet wygenerowanych przez komórki macierzyste, a nawet z niedojrzałych ludzkich komórek jajowych. Ale przed naukowcami jest jeszcze długa droga, zanim będą w stanie przekształcić skórę lub szpik kostny w dzieci.
„Próbujemy naprawdę znaleźć sposoby na wydajne, solidne generowanie komórek rozrodczych, które mogą być, w krótkim okresie, wykorzystywane do zrozumienia biologii tych koncepcji, ale w dłuższej perspektywie zdolne do przywrócenia płodności”, mówi Sebastiano.
Kiedy pierwsze dziecko poczęte poprzez zapłodnienie in vitro (IVF) urodziło się w 1978 roku, był to duży krok naprzód dla nauk reprodukcyjnych i prekursor badań nad komórkami macierzystymi prowadzonych przez Sebastiano i innych dzisiaj, mówi. Ale IVF nie jest opcją dla każdej osoby lub pary starającej się mieć biologiczne dziecko, w tym tych, którzy urodzili się bez gamet lub którzy otrzymują agresywne leczenie raka w młodym wieku. Ta technika naukowa zaoferowałaby tym osobom nową szansę na reprodukcję.
Kolejny ważny krok nastąpił w latach 2000, wraz z utworzeniem indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSCs). Komórki te są pobierane z komórek krwi lub skóry i przeprogramowywane tak, aby zachowywały się jak komórki embrionalne, które mają zdolność do przekształcania się w każdy rodzaj komórek w organizmie. Od tego czasu badacze próbują dowiedzieć się, jak przekształcić te podobne do embrionalnych komórki w funkcjonalne plemniki i komórki jajowe.
Nailing Down the Basics
Częścią tego, co uczyniło tę pracę tak wymagającą, jest fakt, że naukowcy nie byli w stanie w pełni pojąć, co dzieje się w ludzkim embrionie podczas normalnego rozwoju, mówi Sebastiano. Naukowcy rozumieją ten proces u myszy, ponieważ gryzonie te są łatwe do badania w laboratorium. Jednak ograniczenia etyczne i czynniki techniczne (takie jak dostęp do embrionów w odpowiednim momencie) sprawiają, że zjawisko to jest trudne do zbadania u ludzi, mówi Sebastiano.
Niezależnie od przeszkód, naukowcy poczynili znaczne postępy w ciągu ostatnich 10 lat. W 2012 r. grupa badaczy w Japonii stworzyła płodne jaja myszy z iPSCs i wykorzystała te jaja do hodowli zdrowych szczeniąt myszy. „U myszy cały krąg został już zakończony” – mówi Sebastiano. „Teraz zostało pokazane przez kilka grup w Wielkiej Brytanii i Japonii, że można generować komórki podobne do embrionalnych od myszy, a następnie można faktycznie popchnąć te komórki, aby stały się jajami lub plemnikami, w pełni funkcjonalnymi.”
W 2018 roku ta sama grupa japońskich naukowców dokonała kolejnego ważnego przełomu. Używając ludzkich komórek krwi i techniki pluripotencjalnych komórek macierzystych, udało im się wyprodukować niedojrzałe ludzkie jaja.
Podobne wysiłki w celu stworzenia plemników nie są tak daleko, mówi Sebastiano. Kilka wysiłków na przestrzeni lat miało na celu stworzenie spermopodobnych komórek, w tym badanie szpiku z 2007 roku. Bardzo głośne badanie opublikowane w 2014 roku również przyniosło istotne wiadomości, ale Sebastiano mówi, że rozwój komórek w tym badaniu nie wyszedł daleko poza najwcześniejsze etapy różnicowania.
„Ale, aktywnie nad tym pracujemy”, mówi Sebastiano. „Prawdopodobnie w ciągu najbliższych kilku lat będziemy w stanie wygenerować w pełni funkcjonalne plemniki i w pełni funkcjonalne oocyty”. Wtedy pytanie będzie brzmiało, jak naukowcy przetestują jakość tych gamet, mówi.
Testowanie cyklu życia
Jedynym sposobem na pełną ocenę jakości i funkcjonalności plemnika lub jajeczka jest użycie go do, no cóż, próby zapłodnienia innej gamety i wyprodukowania dziecka. Dlatego do tej pracy należy podchodzić z najwyższą ostrożnością, mówi Sebastiano. Zakłada on, że gdy naukowcy opracują techniki, które pozwolą im uzyskać dojrzałe ludzkie komórki jajowe i plemniki, następnym krokiem będzie przetestowanie tych technik u naczelnych. W ten sposób badacze będą mogli śledzić całe życie poszczególnych zwierząt wyprodukowanych tą techniką, aby sprawdzić, czy nie pojawią się jakieś nieoczekiwane problemy, mówi.
Sebastiano nie ma wątpliwości, że pewnego dnia te komórki macierzyste mogą pomóc osobom zmagającym się z niepłodnością w uzyskaniu zdrowych dzieci. To, wraz z fascynacją rozwojem biologicznym, jest tym, co napędza pracę Sebastiano. Oczywiście istnieją również istotne względy etyczne, które należy dokładnie rozważyć. Zauważa on, że technika ta może potencjalnie wpłynąć na życie ludzkie na poziomie pokoleniowym. Wiele osób wyraża również obawy dotyczące innych przyszłych konsekwencji, takich jak możliwość tworzenia „designerskich dzieci” lub produkcji potomstwa z włosów ukradzionych niczego nie podejrzewającym celebrytom. Bioetycy pisali o potrzebie rozpoczęcia pracy nad medycznymi i prawnymi kwestiami związanymi z tą techniką teraz, zanim stanie się ona realna.
„Istnieje potrzeba, aby to rozwinąć, ale ponieważ mamy do czynienia z bardzo unikalnym typem komórek … musimy być ostrożni”, mówi Sebastiano.
.