Gli scienziati hanno clonato i topi da cellule cutanee liofilizzate, aprendo la porta alla bioconservazione

In superficie, Dorami era solo un topo medio. È cresciuta fino a raggiungere un peso sano, ha avuto dei cuccioli ed è morta naturalmente verso il suo secondo compleanno, all'incirca 70 anni nell'età umana e completamente non eccezionale per un topo da laboratorio.

Tranne una cosa: Dorami è stato clonato da cellule liofilizzate. E non una cellula qualsiasi: è stata clonata da cellule somatiche (le cellule che compongono il nostro corpo) piuttosto che da spermatozoi o uova.

Dorami è l'ultima incursione in una spinta decennale a utilizzare la clonazione come un modo per preservare la biodiversità. Il trionfo di La pecora Dolly ha chiarito che è possibile rianimare gli animali utilizzando le cellule riproduttive. Il sogno di restaurare animali estinti, o di biobancare quelli attuali, ha catturato l'immaginazione degli scienziati da allora. Un modo efficace per preservare il DNA di una specie è immagazzinare lo sperma in azoto liquido. A circa -320 gradi Fahrenheit, le cellule possono essere congelate nel tempo per anni.

Ma c'è un inconveniente. Raccogliere cellule riproduttive da animali sull'orlo dell'estinzione è, per usare un eufemismo, estremamente difficile. Al contrario, grattare via alcune cellule della pelle o radersi un po' di pelo è relativamente semplice. Queste cellule contengono il DNA completo dell'animale, ma sono fragili.

Il nuovo studio, guidato dal Dr. Teruhiko Wakayama presso l'Università di Yamanashi in Giappone, ha fatto il salto dallo sperma alla pelle. Sviluppando una ricetta altamente tecnica che renderebbe orgoglioso qualsiasi chef raffinato, il team ha clonato con successo 75 topi sani da cellule somatiche liofilizzate raccolte da donatori maschi e femmine. Molti discendenti, incluso Dorami, hanno continuato ad avere cuccioli propri.

Con una percentuale di successo di circa il cinque percento al massimo e fino allo 0.2 percento, la tecnica è tutt'altro che efficiente. Ma la strategia traccia un percorso verso il quadro più ampio: la nostra capacità di immagazzinare e potenzialmente far rivivere variazioni genetiche di specie quasi estinte.

A Il dottor Ben Novak, scienziato capo di Revive & Restore, lo studio è un gradito progresso nonostante le sue imperfezioni. "Dal punto di vista della conservazione, innovare nuovi modi per biobancare tipi di tessuto riproduttivamente vitali è una grande necessità... quindi è davvero emozionante vedere questo tipo di svolta", ha affermato disse.

Il ricettario di bioconservazione

Le cellule sono creature schizzinose. Immagina una massa acquosa con minuscole fabbriche molecolari legate alle sue pareti simili a palloncini. Il congelamento di una cellula senza protezione può causare la formazione di cristalli di ghiaccio taglienti da parte dei componenti acquosi, che danneggiano i componenti interni della cellula e perforano la parete cellulare. Quando viene riscaldata a temperature normali, come un puntaspilli che perde, la cellula non ha possibilità di sopravvivenza.

Gli scienziati alla fine hanno trovato una ricetta vincente per la conservazione delle cellule: la chiave è aggiungere un antigelo chimico e conservare le cellule in serbatoi di metalli pesanti di azoto liquido. Le cellule sono sospese in minuscole fiale all'interno di scatole che scorrono in una gabbia metallica a forma di torre. A seconda del tipo di cellula, possono essere conservati per anni. Il problema? L'installazione è costosa, difficile da mantenere e soggetta a interruzioni di corrente. Eventuali interruzioni potrebbero causare perdite catastrofiche in tutti i campioni. Per la biodiversità, non è sempre possibile disporre di un'impostazione così sofisticata vicino all'animale.

Dev'esserci un modo migliore.

Anni fa, Wakayama ha intrapreso una crociata per spingere i limiti dell'immagazzinamento cellulare. Si è concentrato su un metodo specifico: la liofilizzazione. Conosciute principalmente dai viaggiatori con lo zaino e dagli astronauti come un modo per preservare i nutrienti negli alimenti, le celle di liofilizzazione si sono rivelate relativamente semplici. All'inizio del secolo, Wakayama e il suo team ha mostrato che è possibile liofilizzare lo sperma per la riproduzione. La ricetta era così robusta manteneva in vita lo sperma per anni a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, mentre veniva bombardato da livelli ambientali di radiazioni. Ha anche portato a prole viva dopo essere stato gettato in un cassetto della scrivania per un anno senza climatizzatore.

Le cellule somatiche sono un'altra questione. A differenza dello sperma, le cellule che compongono il nostro corpo sono molto più inclini alle molecole d'acqua che abbracciano la nostra struttura del DNA, con un nucleo più fragile. Quando sono congelate, significa che le cellule possono subire molti più danni, rendendole inutilizzabili per la clonazione.

"Ad oggi, le uniche cellule che hanno prodotto prole dopo la liofilizzazione sono spermatozoi maturi [sperma]", ha scritto il team.

Una Nuova Ricetta

Il nuovo lavoro è andato per l'impossibile: possiamo clonare un animale da cellule somatiche liofilizzate?

Nel primo round di esperimenti, il team ha isolato le cellule di topi femmina che di solito supportano la cellula uovo. Hanno gettato le cellule in due sostanze chimiche protettive e liofilizzati i campioni in azoto liquido. Non era carino: la membrana protettiva di tutte le cellule si era rotta, con segni di DNA frantumato, ma relativamente intatto.

Andando avanti, il team ha quindi reidratato il campione congelato dopo un massimo di otto mesi di conservazione. Dalla polvere senza vita hanno isolato i nuclei, la struttura simile a un seme che ospita il DNA, e lo hanno trapiantato in una cellula uovo a cui è stato risucchiato il materiale genetico. È come sostituire il testo di un libro con un altro, cambiandone completamente il significato biologico.

È diventato più complicato. Questi ovociti iniziali "modificati" non potevano riprodursi, probabilmente a causa del DNA e del danno epigenetico. Come soluzione alternativa, il team ha utilizzato le cellule per formare più linee cellulari embrionali. Questi sono lavoratori resilienti, particolarmente efficienti nel correggere i danni al DNA.

Una volta prosperato, il team ha quindi risucchiato il loro materiale genetico e lo ha iniettato nelle uova di topi con la pelliccia nera. Gli embrioni risultanti sono stati lasciati svilupparsi in topi con pelliccia bianca, la madre surrogata. Tutti i cuccioli risultanti hanno assunto il pelo nero lucido dei loro donatori di DNA, con peso e fertilità perfettamente normali.

"Dopo la maturazione, abbiamo selezionato casualmente nove topi clonati femmine e tre maschi per l'accoppiamento con topi di laboratorio normali", ha spiegato il team. In circa tre mesi, tutte le femmine di topo clonate hanno dato alla luce la generazione successiva, con quattro zampe, baffi e abitudini da topo intatte. Ripetendo l'esperimento con le cellule della pelle dalla punta della coda, il team ha clonato un'altra dozzina circa di topi.

La ricetta non è andata esattamente come previsto. In una strana prova, il team ha utilizzato cellule di topi maschi per clonare la generazione successiva e tutta la prole è diventata femmine. Scavando più a fondo, hanno scoperto che in qualche modo il cromosoma Y, che designa un maschio biologico, si è perso durante il processo, portando a una forma tutta femminile. isola di Themyscira. Per gli autori, è un nodo nel processo, ma non uno scoppio per l'uso pratico. "Questi risultati suggeriscono che anche se si verifica la perdita del cromosoma Y, questa tecnica può ancora essere utilizzata per le risorse genetiche disponibili in circostanze estreme, come specie quasi estinte", hanno affermato.

Una Biblioteca per la Conservazione?

La tecnica è tutt'altro che perfetta. È noioso, ha basse percentuali di successo e richiede ancora temperature di conservazione del congelatore che lo rendono soggetto a guasti alla rete energetica.

Per la dott.ssa Alena Pance dell'Università dell'Hertfordshire, che non è stata coinvolta nello studio, la domanda più importante è per quanto tempo può essere conservato il materiale genetico. "Sarebbe fondamentale mostrare una conservazione estesa e indefinita in queste condizioni affinché questo sistema fornisca un'efficace conservazione a lungo termine di specie e campioni", ha affermato disse.

Gli autori concordano sul fatto che ci sono più misteri. Il corpo potrebbe avere difficoltà a riparare i danni al DNA nelle cellule somatiche rispetto allo sperma, che sottrae loro energia dallo sviluppo di un uovo perfettamente funzionante. I loro epigenetica—che regola il modo in cui i geni si attivano o disattivano—potrebbe anche essere incasinato a causa di una riprogrammazione incompleta.

Alla fine, questo è solo il primo passo. Le cellule somatiche sono più facili da catturare rispetto a quelle riproduttive, specialmente per gli animali infertili o giovanili. Farlo in modo più semplice ed economico è un vantaggio. Il team sta ora cercando di catturare materiale genetico da cadaveri o feci per ampliare la portata.

"L'approccio descritto in questo lavoro offre un'alternativa ai metodi bancari attuali e certamente consentire temperature più permissive sarebbe un grande vantaggio", ha affermato Pance.

Immagine di credito: Wakayama et. al./Comunicazioni sulla natura