Stammzellen, die aus der Haut von Erwachsenen gemacht , unfruchtbar Männer ergeben Urkeimzellen - Zellen, die normalerweise Spermien werden - wenn sie in das Fortpflanzungssystem der Mäuse transplantiert , nach Ansicht der Forscher an der Stanford University School of Medicine und Montana State University .
Die unfruchtbaren Männern in der Studie hatten jeweils eine Art der genetischen Mutation, die sie davon ab, reifen Spermien verhindert - eine so genannte Azoospermie . Die Untersuchungen zeigen, dass die Männer mit Azoospermie können Keimzellen zu einem bestimmten Zeitpunkt in ihrem frühen Leben gehabt haben, aber verloren sie, als sie gereift bis zum Erwachsenenalter .
Obwohl die Forscher konnten Urkeimzellen aus den unfruchtbaren Männern zu erstellen , machten ihre Stammzellen deutlich weniger dieser Spermienvorläuferzellenals getan Stammzellen von Menschen ohne Mutationen . Die Forschung liefert eine nützliche , dringend benötigte Modell, um die frühesten Stufen der menschlichen Fortpflanzung zu untersuchen.
"Wir haben bessere Keimzelldifferenzierungin diesem Transplantationsmodell als wir je gesehen haben ", sagte Renee Reijo Pera , PhD , ehemaliger Direktor des Stanford Center for Human Embryonic Stem Cell Research and Education . " Wir waren von der Leistungsfähigkeit begeistert . Unser Traum ist es , dieses Modell zu verwenden, um eine genetische Karte der menschlichen Keimzelldifferenzierungzu machen, darunter auch einige der sehr frühen Stadium . "
Im Gegensatz zu vielen anderen zellulären und physiologischen Prozessen , variiert die menschliche Fortpflanzung in wichtigen Punkten von dem der gemeinsamen Versuchstieren wie Mäusen oder Fruchtfliegen . Außerdem sind viele wichtige Schritte , wie die Entwicklung und Migration von primordialen Keimzellen zu den Keimdrüsen, geschehen innerhalb von Tagen oder Wochen nach der Empfängnis. Diese Herausforderungen haben der Prozess schwer zu untersuchen hat .
Reijo Pera , der jetzt ein Professor für Zellbiologie und Neurowissenschaften an der Montana State University, ist der leitende Autor eines Papiers der Forschung zu beschreiben , die in Cell Reports veröffentlicht wird . Die Experimente in der Studie wurden an der Stanford durchgeführt , und der Stanford Postdoc-Stipendiat Cyril Ramathal , PhD, ist der Hauptautor des Papiers.
Die Forschung Hautproben von fünf Männern zu schaffen, was als induzierte pluripotente Stammzellen , die sehr ähnlich sind embryonale Stammzellen in ihrer Fähigkeit, fast jedes Gewebe im Körper bekannt geworden. Drei der Männer trug eine Art der Mutation auf dem Y -Chromosom bekannt, die Spermienproduktion zu verhindern; die beiden anderen waren fruchtbar.
Die Keimzellen aus Stammzellen gebildet gestoppt Differenzierung bei den Mäusen , bevor sie reifen Spermien ( wahrscheinlich wegen der erheblichen Unterschiede zwischen den FortpflanzungsprozesseMensch und Maus ) , unabhängig von der Fruchtbarkeitsstatus der Männer , von denen sie abgeleitet wurden produziert. Die Tatsache jedoch, dass die unfruchtbaren Männern Zellen entstehen Keimzellen überhaupt geben konnte, war eine Überraschung.
Frühere Forschungen mit Mäusen, die mit einer ähnlichen Art von Unfruchtbarkeit gefunden , dass, obwohl sie als Keimzellen Neugeborenen hatten , wurden diese Keimzellen schnell erschöpft . Die Stanford- Ergebnisse nahe, dass die unfruchtbaren Männern kann zumindest ein paar funktionierende Keimzellen als Babies oder Kleinkinder gehabt. Obwohl mehr Forschung getan werden muss , Sammeln und Einfrieren etwas von diesem Gewebe von Jungen bekannt, dass diese Art von Unfruchtbarkeit Mutation haben können sie die Möglichkeit, ihre eigenen Kinder im späteren Leben zu geben, sagte der Forscher.
"Diese Forschung bietet einen spannenden und wichtigen Schritt für die Versprechen der Stammzellentherapie bei der Behandlung von Azoospermie , die schwerste Form der männlichen Unfruchtbarkeit ", sagte Michael Eisenberg , MD, ein Assistent Professor für Urologie an der Stanford und Leiter der männlichen Reproduktionsmedizin und Chirurgie -Programm. "Während der Studie zeigt deutlich, wie wichtig das Genetik der Spermatogenese spielen , es zeigt auch, dass einige dieser Einschränkungen könnten überwunden werden. " Eisenberg arbeitet häufig mit Reijo Pera , aber er war nicht ein Autor der aktuellen Studie .
Im Jahr 2009 Reijo Pera hat gezeigt, dass es möglich ist, funktional, Spermien produzierenden Keimzellen aus menschlichen embryonalen Stammzellen unter bestimmten Bedingungen im Labor gezüchtet erzeugen . Jedoch brauchen Stammzellen, die aus menschlichen Embryonen, die für die Forschung nach in vitro -Fertilisationsverfahren gespendet worden waren wurden , schwierig sein kann, zu bekommen. Sie sind auch nicht brauchbar für Paare, die ihre eigenen genetischen Kinder haben , weil das Kind einen Teil des Genoms des Embryos , aus denen die Zellen stammen erben. Darüber hinaus benötigt der Prozess Wissenschaftler die Stammzellen zu konstruieren , damit sie mehrere Gene , die notwendig ist, die embryonalen Stammzellen zu fahren , um Keimzellen werden sollte überexprimieren.
Im Gegensatz dazu benötigt die Stammzellen aus adulten Haut machte keine künstliche Manipulation . Einmal in der Samenkanälchen von Mäusen ( wo die Spermienproduktion der Tiere stattfindet) implantiert , unterschieden sie sich in das, was die Wissenschaftler als " Keimzelle -ähnlichen Zellen , " allein durch die Umwelt , in der sie in Verkehr gebracht wurden . Die Zellen exprimiert viele Gene bekannt, in primordialen Keimzellen exprimiert werden , und unterzog sich einer genetischen Umprogrammierung genannt Demethylierung mit Spermienproduktion verbunden.
" Wir haben festgestellt , dass die induzierten pluripotenten Stammzellen wurden sehr effizient ab dieser Linie Weg gefahren ", sagte Reijo Pera . "Dieses System hat gezeigt, dass der genetische Hintergrund der Person, von der die Stammzellen abgeleitet Einfluss darauf, wie viele Urkeimzellen gemacht werden . Wir sind nun in der Lage , diesen Prozess zu wiederholen und beginnen, Dinge wie Genexpressionsmustern und den verschiedenen Schritten studieren an diesem Prozess beteiligt . "
Stark Unterschiede wurden beobachtet, wenn Stammzellen aus den fruchtbaren und unfruchtbaren Männern verglichen. Die Forscher davon aus, dass die Zellen aus der unfruchtbaren Männer , die jeweils einer Mutation in einer Region des Genoms als AZF1 bekannt waren, wurden etwa 50- bis 100-fach weniger wirksam als fertilen Männern in ihrer Fähigkeit, primordialen Keimzellenbilden .
"Studieren warum dies der Fall wird uns helfen, zu verstehen, wo die Probleme liegen für diese Männer und hoffentlich Möglichkeiten zu deren Bewältigung zu finden ist ", sagt Reijo Pera .
" Darüber hinaus bietet es sehr interessante Möglichkeiten für Männer nach der Krebsbehandlung unfruchtbar gemacht ", sagte Eisenberg . "Die Möglichkeit, effizient zu konvertieren Hautzellen in Spermien erlauben würde diese Gruppe , um biologische Väter zu werden. Unfruchtbarkeit ist eine der am weitesten verbreitete und verheerende Komplikationen der Behandlung von Krebserkrankungen , vor allem für Jungen und Männer. "
Die Forscher möchten ihre Arbeit fortzusetzen, mit nicht-menschlichen Primaten für Transplantationsstudien . Sie sind auch daran interessiert, die Wirkung von anderen Arten von Unfruchtbarkeit -assoziierten Mutationen auf Keimzellproduktion .