Esperma de rata generado a partir de células madre
ARRIBA: Crías de rata generadas mediante la inyección de esperma cultivado en laboratorio en ovocitos de rata TOSHIHIRO KOBAYASHI, Ph.D., IMSUT/NIPS
Hace más de una década, Los científicos lograron por primera vez generar células germinales primordiales, precursoras de espermatozoides y óvulos, a partir de células madre embrionarias, un proceso que condujo a espermatozoides funcionales capaces de producir descendencia. El hito, logrado en ratones, no se había repetido en ninguna otra especie desde entonces.
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Ahora, las ratas se unen al club. Un estudio publicado hoy (7 de abril) en Science informa que los investigadores han producido crías de ratas saludables y fértiles con esperma hecho de células madre. El proceso comenzó con la inducción de células germinales primordiales a partir de células madre de rata que, cuando se trasplantaron en testículos de rata, se convirtieron en esperma, que a su vez resultó en una descendencia sana y fértil cuando se inyectó en ovocitos de rata. El logro puede ser útil para la investigación biomédica, donde las ratas son ampliamente utilizadas. El estudio, así como el tiempo que transcurrió entre el éxito en ratones y ratas, también destaca los desafíos involucrados en la traducción del protocolo de una especie a otra, lo que sugiere que aún podría pasar mucho tiempo antes de que una tecnología reproductiva similar pudiera ser. desarrollado para humanos.
Creo que fue un avance realmente importante poder mostrar esta tecnología en una especie diferente, dice Amander Clark, biólogo de células madre de la Universidad de California, Los Ángeles, que no participaron en el estudio.
El equipo aplicó parte del protocolo diseñado para ratones, pero dadas las diferencias fisiológicas y de desarrollo entre las especies de roedores, hubo que ajustar muchos pasos, algo que solo se hizo posible después de muchos años de investigación.
Hace unos años, no teníamos suficiente información sobre el desarrollo de las ratas, dice Toshihiro Kobayashi, de la Universidad de Tokio, uno de los líderes del nuevo estudio. Esto se debió en parte a los esfuerzos limitados para construir ratas modificadas genéticamente en comparación con lo que se ha hecho en ratones, explica.
Sin embargo, en los últimos años, Kobayashi y sus colegas han estado construyendo mutantes de rata que han les permitió visualizar el desarrollo de las células germinales primordiales in vivo. Usando marcadores fluorescentes para rastrear la expresión de genes que son clave para la transición de células madre a células germinales primordiales, han aprendido más sobre cómo cambia la expresión génica con el tiempo, todo lo cual fue útil para finalmente recapitular el proceso in vitro, dice. .
El primer paso de la receta era inducir células tipo epiblasto, aquellas que dan origen a todas las células del embrión a partir de células madre embrionarias de rata. Una vez que se logró esta transición, las células similares a epiblastos se colocaron en un medio para inducir lo que llaman células germinales primordiales. Entre otros ingredientes, el medio contenía BMP4, una molécula de señalización fundamental para este paso tanto en ratones como en ratas. Kobayashi explica que realizar estas transiciones in vitro fue un desafío: él y sus colegas tuvieron que optimizar las condiciones de cultivo para inducir los destinos celulares deseados porque las recetas utilizadas para ratones no eran las más apropiadas para ratas.
Ver modelos de embriones tempranos generados a partir de células madre de ratón
Luego, para madurar las células germinales primordiales derivadas de este proceso en una etapa posterior del desarrollo de células germinales, Kobayashi y sus colegas las cultivaron junto con células somáticas gonadales, simulando el entorno en el que normalmente estarían durante la maduración. Después de unos días, las células tenían un patrón de expresión génica asociado con esta última etapa de desarrollo. A continuación, se trasplantaron células germinales primordiales tempranas y tardías en testículos de rata que carecían de células germinales endógenas, donde el equipo confirmó que se convirtieron en espermatozoides maduros. Finalmente, para evaluar si el esperma derivado de este protocolo era realmente funcional, el equipo lo inyectó en ovocitos de rata, lo que produjo una descendencia normal capaz de reproducirse.
Sin embargo, las ratas no pudieron producir descendencia con éxito con el laboratorio. -esperma cultivado a través del apareamiento normal. Las células germinales primordiales requieren una mayor maduración para lograrlo, explica Kobayashi. Supongo que es posible que necesitemos otro tipo de células gonadales, así como [una] condición de cultivo optimizada, escribe en un correo electrónico de seguimiento, un problema que le interesa explorar más a fondo.
Células madre de la Universidad del Sur de California el investigador Qi-Long Ying, que no participó en el estudio, dice que el nuevo informe demuestra que este enfoque de la gametogénesis in vitro es reproducible y sólido. Eventualmente, podría ser posible aplicar esto a otras especies, como aquellas en riesgo de extinción, agrega que solo tomará tiempo mejorar y optimizar las condiciones para hacerlo. células madreToshihiro Kobayashi, Ph.D., IMSUT/NIPS
Pero se necesitará más trabajo antes de que estos métodos puedan aplicarse a los humanos, dice Ying. Clark explica que, además de los desafíos de traducir la técnica planteados por las diferencias de desarrollo entre las especies, los intentos de generar células germinales humanas hasta la fecha han involucrado células de dos especies diferentes: las células madre provienen de humanos, mientras que las células somáticas de apoyo son necesarias para promover la maduración. son de ratones. En estos escenarios, hasta ahora, el desarrollo de la línea germinal se detiene antes de que el esperma madure, explica Clark, y plantea la hipótesis de que esto podría deberse en parte a que no interactúa con las células somáticas correctas. logrado en ratas es muy similar a lo que se observó en ratones en 2011, agrega Clark. Ambos éxitos muestran la importancia de madurar las células en el entorno adecuado, incluido hacerlo junto con células somáticas de la misma especie en la etapa adecuada.
Aunque no sea inmediatamente aplicable a los humanos, la gametogénesis in vitro podría ser una herramienta para hacer modelos de ratas de enfermedades humanas para la investigación biomédica. Algunas enfermedades humanas solo pueden ser . . . modelado en la rata pero no en los ratones, por ejemplo, una serie de enfermedades neurológicas, dice Ying. Antes de la llegada de las tecnologías transgénicas y dirigidas a genes, en las que los ratones han desempeñado un papel predominante, se publicaron muchos más artículos que usaban ratas como modelo para estudiar enfermedades humanas que aquellos que usaban ratones, agrega, porque las ratas son fisiológicamente más similares a los humanos.
Ser capaz de recapitular el desarrollo de la línea germinal en un plato también puede ayudar a obtener una mejor comprensión de la biología reproductiva humana y las enfermedades asociadas con ella. La infertilidad, por ejemplo, afecta a millones de personas, dice Clark, y muchas de sus causas no se comprenden bien porque el campo carece de una variedad de modelos para poder estudiar la formación de la línea germinal. Nuevos modelos in vitro como este pueden convertirse en herramientas importantes. . . para comprender la base de la enfermedad, dice.