Учёные приблизились к созданию человеческих яйцеклеток и сперматозоидов в лаборатории

Исследователи на протяжении десятилетий изучают способы создания сперматозоидов и яйцеклеток из клеток кожи благодаря технологии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Эта технология уже позволила превратить клетки кожи мышей в функциональные сперматозоиды и яйцеклетки, что привело к рождению здоровых потомков от двух мам или пап. Однако для людей такая методика до сих пор не работала.

Важная роль эпигенетики

Профессор Митинори Сайто из Киотского университета объясняет, что одна из причин заключается в химических "метках", известных как эпигеном, которые контролируют активность генов. Эти метки сохраняют своеобразную память в ранних репродуктивных клетках, и для их развития в сперматозоиды или яйцеклетки эту память необходимо стереть.

На днях команда Сайто разработала методику для стирания этих меток. Начиная с примордиальных половых клеток (клеток, которые впоследствии становятся сперматозоидами или яйцеклетками), учёные добавили белок, который стер память клеток и стимулировал их развитие.

Сайто отметил, что их исследование является фундаментальным шагом в понимании биологии человека и принципов эпигенетического перепрограммирования, что также является значительным достижением в создании сперматозоидов и яйцеклеток в лаборатории. Это может помочь парам, испытывающим проблемы с бесплодием.

Эпигенетические метки и их значение

Эпигенетические метки контролируют экспрессию генов. Представьте двойную спираль ДНК с маленькими химическими "штырями", которые блокируют транскрипцию генетического кода в биологические сообщения. Эти метки жизненно важны для организма, поскольку они позволяют клеткам образовывать различные ткани и органы.

Однако эпигенетика становится проблемой при выращивании гамет (яйцеклеток и сперматозоидов) в лабораторных условиях. Для нормального развития репродуктивных клеток необходимо удалить эти метки, процесс известен как эпигенетическое перепрограммирование. В организме это происходит естественным образом, но в лабораторных условиях для человеческих клеток этот процесс до сих пор оставался неразрешённой задачей.

Новые подходы в эпигенетическом перепрограммировании

Ранее команда Сайто уже превращала стволовые клетки в клетки, напоминающие ранние репродуктивные. Однако эпигенетический ландшафт этих клеток оставался нетронутым, что тормозило их развитие. Чтобы обойти эту проблему, учёные смешали человеческие клетки с мышиными клетками из репродуктивных регионов тела, что создало среду, напоминающую яичники или семенники. Это помогло, но процесс был неэффективным и сопряжённым с рисками.

В новом исследовании учёные сосредоточились на одном белке, BMP2, который известен своей ролью в формировании костей и хрящей. Однако оказалось, что он также способствует эпигенетическому перепрограммированию. Добавив BMP2 к лабораторным клеткам, исследователи добились значительного прогресса в их развитии, сформировав предшественников человеческих сперматозоидов и яйцеклеток.

Перспективы и вызовы

Несмотря на успех, клетки, обработанные BMP2, не смогли полностью развиться в зрелые сперматозоиды и яйцеклетки. Это означает, что перепрограммирование не было завершено. Неполное удаление эпигенетических меток может привести к серьёзным заболеваниям, если такие клетки будут использованы в клинических целях.

Учёные также обнаружили сеть молекул, которая может объяснить, почему BMP2 активирует эпигенетическое перепрограммирование. Возможно, он изменяет активность белка, добавляющего метки к ДНК, но для точного понимания механизма необходимы дополнительные исследования.

Технология in vitro gametogenesis всё ещё находится в начальной стадии, и впереди много работы. Однако уже сегодня видно, что область быстро развивается, что вызывает серьёзные этические и социальные вопросы. Лабораторные гаметы могут помочь в лечении генетических заболеваний, но также могут привести к появлению генетически модифицированных людей.

Сайто осознаёт риски и приветствует общественное обсуждение этого вопроса. "Многое ещё предстоит сделать, и путь будет долгим, особенно учитывая этические, правовые и социальные аспекты клинического применения этой технологии", — отметил он. "Тем не менее, мы сделали значительный шаг вперёд к потенциальному применению этой технологии в репродуктивной медицине."