Células madre trasplantadas producen esperma en ganado esterilizado

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La cría selectiva y la inseminación artificial son los métodos fundamentales para generar animales agrícolas con las características deseadas. Pero una técnica llamada tecnología de padre sustituto, en la que los machos se esterilizan primero y luego se trasplantan con células madre para producir esperma de donantes genéticamente deseables, pronto podría unirse a la lista, gracias a los experimentos de prueba de concepto publicados en PNAS el lunes. (14 de septiembre).

Este es un artículo realmente excelente que muestra por primera vez que se puede hacer un trasplante de células madre espermatogoniales en una variedad de animales grandes, dice el biólogo reproductivo Thomas Spencer de la Universidad de Missouri, quien no participó en la investigación.  

Aplicaron la técnica no solo a una sino a tres especies agrícolas. . . jabalíes, machos y toros, añade Thomas Hansen, investigador de reproducción de la Universidad Estatal de Colorado, que tampoco participó en el estudio. Es una enorme cantidad de trabajo.

Los humanos han estado controlando la cría de animales durante milenios, seleccionando los rasgos deseados, como cuerpos más carnosos, mayor producción de leche y pelaje más largo. En el último siglo, la inseminación artificial se ha convertido en una versión ampliamente utilizada de la crianza selectiva, favorecida por su eficiencia. Alrededor del ochenta por ciento del ganado lechero se cría mediante inseminación artificial, dice el biólogo reproductivo Jon Oatley de la Universidad Estatal de Washington que dirigió la investigación, pero para otros animales la técnica tiene limitaciones.

Para ovejas y cabras, con el fin de hacer [la inseminación artificial] de manera efectiva, es un procedimiento quirúrgico, dice Oatley, y agrega que estos animales también tienden a recorrer grandes áreas de tierra, en lugar de ser alojados en el tipo de alojamiento adecuado para el manejo de animales. Incluso para los cerdos, que a menudo son inseminados artificialmente, la práctica no es ideal, dice. El esperma de un jabalí (el término para un cerdo domesticado sin castrar), a diferencia del de un toro, explica, no tolera bien la congelación, lo que acorta su vida útil y limita su transporte.

La idea Detrás de la tecnología de sementales sustitutos se encuentra el trasplante de células madre productoras de esperma de un animal con rasgos elegidos en huéspedes machos esterilizados y, por lo tanto, crear animales que puedan proporcionar continuamente el esperma deseado y entregárselo a las hembras de forma natural. Es una forma de clonar al macho, esencialmente, utilizando sustitutos, dice Hansen.

Con la capacidad de cultivar células madre espermatogoniales, incluso puede haber la oportunidad de modificaciones genéticas directas, lo que sería lo último objetivo, sugiere Spencer.

Para que los toros sustitutos sean verdaderos sustitutos, deben eliminar sus propias células germinales productoras de esperma y aún así mantener la anatomía necesaria para apoyar la producción de esperma. En experimentos anteriores con ratones, la forma en que esto se ha logrado es a través del tratamiento con reactivos de quimioterapia o irradiación, explica la investigadora de reproducción Tessa Lord de la Universidad de Newcastle, Australia, en un correo electrónico a The Scientist. Pero esto puede dañar la salud de los animales y también dañar inadvertidamente las células somáticas en los testículos, escribe.

Además, tales tratamientos no eliminan [las células germinales] por completo, por lo que siempre hay una mezcla de ambos autocontroles. y trasplantadas-[células espermatogoniales], lo que ha obstaculizado la adaptación de la tecnología de sementales sustitutos al ganado, dice Oatley. En su nuevo enfoque, Oatley y sus colegas han esterilizado genéticamente a los animales mediante la eliminación de un gen que codifica la proteína NANOS2a producida específicamente en los testículos y esencial para generar esperma a partir de células germinales.

La producción de Los animales knockout de NANOS2, que son genéticamente estériles [significa] que los animales receptores ya no necesitan estar expuestos a tratamientos nocivos, escribe Lord, y los testículos permanecen intactos.

Cabras esterilizadas genéticamente que carecen de NANOS2 geneJon OATLEY

De hecho, el equipo demostró que la estructura y la anatomía testiculares parecían normales en ratones, cerdos, cabras (conocidos como machos machos) y ganado bovino que carecían de NANOS2, aunque faltaban las células de la línea germinal.

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Cuando a los testículos de los ratones, cerdos y cabras se les proporcionaron células madre espermatogoniales extraídas de donantes sanos no emparentados, la producción de esperma se restableció unos meses después. . No se realizaron trasplantes de células madre en el ganado. Curiosamente, el rechazo inmunológico de las células del donante no fue un problema, dice Oatley. Aunque no está seguro de por qué fue así, sugiere que podría deberse al estado inmunológico privilegiado de los testículos de los mamíferos.

En el caso de los ratones, se demostró que el esperma repuesto era funcional. Los animales trasplantados podrían aparearse con hembras y producir descendencia tan pronto como dos meses y medio después del procedimiento de trasplante. Los ratones machos que carecen de NANOS2 no trasplantados nunca produjeron descendencia. El equipo ahora está trabajando en experimentos de apareamiento similares en el ganado.

Si bien el enfoque necesitará más refinamiento y aprobación regulatoria antes de que pueda aplicarse al ganado, dice Oatley, su desarrollo posterior tiene aplicaciones potenciales más allá del corral. . La tecnología de sementales sustitutos puede ser útil para la preservación de especies en peligro de extinción, sugiere Hansen. Y, la recolección y el trasplante de células madre de espermatogonias pueden brindar una oportunidad para que los hombres y los niños que enfrentan quimioterapia protejan su futura fertilidad, agrega Lord.

En última instancia, dice, la técnica tiene implicaciones que abarcan la medicina humana, la agricultura y la conservación. de especies de fauna silvestre.

M. Ciccarelli et al., Espermatogénesis derivada del donante después del trasplante de células madre en machos knockout estériles NANOS2, PNAS , doi:10.1073/pnas.2010102117, 2020.