Para las especies que dependen de la reproducción sexual, incluidos los ratones y los hombres, la descendencia solo puede ocurrir si el esperma del macho fertiliza los óvulos de la hembra. Incluso las técnicas de fertilización artificial dependen de los donantes para ambas células. Sin embargo, un nuevo estudio dirigido por investigadores de ASHBi muestra que las células madre pluripotentes de ratón pueden diferenciarse en espermatozoides funcionales. Estos espermatozoides se utilizaron con éxito para producir descendencia sana y fértil y proporcionar el modelo más completo hasta ahora para generar células germinales masculinas en un tubo de ensayo.
Las células madre pluripotentes han permitido a los científicos estudiar cómo se forman todas y cada una de las células del cuerpo.
Las células del cerebro, las células del corazón y las células del hígado son solo algunos ejemplos de los tipos de células que se obtienen a partir de estas células madre y que ahora se utilizan en pacientes como terapias celulares experimentales. Sin embargo, algunos tipos de células siguen siendo difíciles de producir a partir de células madre pluripotentes, en particular de espermatozoides.
Entre todos los tipos de células, las células germinales son únicas por muchas razones. Primero, a diferencia de todas las demás células, que llevan 46 cromosomas, las células germinales solo tienen 23 cromosomas, el óvulo tiene todos sus cromosomas de la madre y los espermatozoides tienen todos sus cromosomas del padre.
Además, son las únicas células que los padres transmiten realmente a su descendencia, lo que las convierte, según el director de ASHBi, Mitinori Saitou, uno de los autores del estudio, “la fuerza impulsora que sostiene y hace evolucionar a una especie”.
Aunque se necesita más investigación, los científicos han logrado avances significativos en la producción de espermatozoides a partir de células madre pluripotentes, al menos para ratones. El proceso generalmente se divide en tres etapas que imitan el desarrollo natural. Primero, las células madre se diferencian en células germinales primordiales, luego en células madre de espermatogonias, que es cuando se determina el sexo masculino, y finalmente en espermatozoides.
Las células madre de las espermatogonias son las que permiten al macho producir esperma durante toda la vida, pero esta segunda etapa ha demostrado ser la más difícil de recrear en el laboratorio.
Difícil, pero no imposible. Se pueden producir células madre de espermatogonias de ratón, pero de manera ineficiente, razón por la cual la Dra. Yukiko Ishikura, otra colaboradora del estudio, concluyó que era necesario optimizar el proceso de diferenciación.
“La tasa de diferenciación es aproximadamente una semana más lenta que en el cuerpo del ratón y la contribución de las células madre de las espermatogonias a la espermatogénesis es baja”.
Dra. Yukiko Ishikura, autora del estudio.
Comenzando con células madre pluripotentes de ratón, ella y sus colegas prepararon células germinales primordiales y examinaron más de 10000 de ellas en 8 condiciones diferentes utilizando lo que ellos llaman un “nuevo método de testículo reconstituido”.
Para validar las mejores condiciones para la fabricación de células madre de espermatogonias, confirmaron que las células compartían varias propiedades con las de los testículos de ratón, incluida la expresión de genes clave, la epigenética y la regulación positiva transitoria de los retrotransposones, lo que Saitou fue especialmente inesperado.
“Se recuperó el control de los retrotransposones. La regulación de los retrotransposones es un mecanismo para controlar los efectos de los retrotransposones en genes clave repitiendo aleatoriamente su regulación”, dijo.
La epigenética idéntica también fue crucial. Si bien los genes están hechos de ADN, sus expresiones dependen de factores epigenéticos como la metilación del ADN. Las células germinales muestran distintos patrones de metilación del ADN durante su desarrollo, patrones que se consideran cruciales para su capacidad de producir descendencia.
Para confirmar que las células madre de las espermatogonias se comportaban como las producidas en el cuerpo, los investigadores inyectaron células madre de espermatogonias fabricadas en su laboratorio en testículos de ratones, donde se permitió que las células se convirtieran en espermátidas. Estas espermátidas se recolectaron y se inyectaron en huevos para hacer crecer los embriones. Luego, los embriones se usaron para fecundar ratones, que luego dieron a luz a crías sanas que también eran fértiles.
Los hallazgos proporcionan la reconstitución más completa del desarrollo de células germinales masculinas hasta ahora a partir de células madre pluripotentes.
“Este es el primer estudio para reconstituir espermatozoides funcionales de células madre pluripotentes de ratón en un tubo de ensayo. Esto abre nuevas posibilidades para la diferenciación de células germinales masculinas”, dijo Saitou.
Fuente:
Universidad de Kyoto.
Referencia de la revista:
Ishikura, Y. y col. (2021) Reconstitución in vitro del desarrollo completo de células germinales masculinas a partir de células madre pluripotentes de ratón. Célula madre celular. doi.org/10.1016/j.stem.2021.08.005.
Ingresa tus datos para recibir toda la información necesaria:
