Muizen met twee vaders zijn geboren uit eieren gemaakt van mannelijke huidcellen

Zeven muizen hebben zich zojuist aangesloten bij het pantheon van nakomelingen die zijn voortgekomen uit ouders van hetzelfde geslacht - en hebben de deur geopend voor nakomelingen die zijn geboren uit een alleenstaande ouder.

In een studie gepubliceerd in NATUUR, beschreven onderzoekers hoe ze huidcellen van de staarten van mannelijke muizen schraapten en deze gebruikten om functionele eicellen te maken. Na bevruchting met sperma en getransplanteerd in een surrogaat, gaven de embryo's aanleiding tot gezonde pups, die opgroeiden en zelf baby's kregen.

De studie is de laatste in een tien jaar durende poging om reproductie te herschrijven. Ei ontmoet sperma blijft het dogma. Wat er speelt, is hoe de twee helften worden gegenereerd. Dankzij iPSC-technologie (Induced Pluripotent Stem Cell) zijn wetenschappers erin geslaagd de natuur te omzeilen ingenieur functionele eieren, kunstmatige eierstokken reconstrueren, en aanleiding geven tot gezond muizen van twee moeders. Toch heeft niemand het recept kunnen kraken van gezonde nakomelingen geboren uit twee vaders.

Betreed Dr. Katsuhiko Hayashi van de Kyushu-universiteit, die het ambitieuze doel heeft geleid om gameten - sperma en ei - buiten het lichaam te ontwikkelen. Zijn oplossing kwam van een slimme hack. Wanneer ze in petrischalen worden gekweekt, hebben iPSC-cellen de neiging bundels van hun DNA te verliezen, de zogenaamde chromosomen. Normaal gesproken is dit een enorme hoofdpijn omdat het de genetische integriteit van de cel verstoort.

Hayashi besefte dat hij het mechanisme kon kapen. Door te selecteren op cellen die het Y-chromosoom afwerpen, voedde het team de cellen totdat ze zich volledig ontwikkelden tot volwassen eicellen. De cellen, die begonnen als mannelijke huidcellen, ontwikkelden zich uiteindelijk tot normale muizen na bevruchting met normaal sperma.

"Het protocol van Murakami en collega's opent nieuwe wegen in reproductieve biologie en vruchtbaarheidsonderzoek," zei Drs. Jonathan Bayerl en Diana Laird van de University of California, San Francisco (UCSF), die niet betrokken waren bij het onderzoek.

Of de strategie bij mensen zal werken, valt nog te bezien. Het slagingspercentage bij muizen was erg laag met slechts een fragment van meer dan één procent. Toch is de studie een proof of concept dat de grenzen van het reproductieve rijk van mogelijkheden verder verlegt. En misschien meer direct, de onderliggende technologie kan helpen bij het aanpakken van enkele van onze meest voorkomende chromosomale aandoeningen, zoals het syndroom van Down.

"Dit is een zeer belangrijke doorbraak voor het genereren van eicellen en zaadcellen uit stamcellen," zei Dr. Rod Mitchell van het MRC Centre for Reproductive Health, University of Edinburgh, die niet betrokken was bij het onderzoek.

Een reproductieve revolutie

Hayashi is een oude veteraan in het transformeren van voortplantingstechnologieën. 2020, zijn team beschreef genetische veranderingen die cellen helpen rijpen tot eicellen in een schaal. Een jaar later, zij gereconstrueerde eierstokcellen die bevruchte eieren voedde tot gezonde muizenpups.

De kern van deze technologieën zijn iPSC's. Met behulp van een chemisch bad kunnen wetenschappers volwassen cellen, zoals huidcellen, terug transformeren naar een stamcelachtige staat. iPSC's zijn in feite biologische klei: met een soep van chemisch 'kneden' kunnen ze worden overgehaald en tot bijna elk type cel worden gevormd.

Vanwege hun flexibiliteit zijn iPSC's ook moeilijk te controleren. Zoals de meeste cellen delen ze zich. Maar als ze te lang in een petrischaal worden bewaard, komen ze in opstand en werpen of dupliceren ze een deel van hun chromosomen af. Deze tieneranarchie, aneuploïdie genaamd, is de vloek van het werk van wetenschappers wanneer ze proberen een uniforme celpopulatie te behouden.

Maar zoals de nieuwe studie laat zien, is die moleculaire rebellie een geschenk voor het genereren van eieren uit mannelijke cellen.

X ontmoet Y en... ontmoet O?

Laten we het hebben over geslachtschromosomen.

De meeste mensen hebben XX of XY. Zowel X als Y zijn chromosomen, dit zijn grote bundels DNA-afbeeldingsdraden die rond een spoel zijn gewikkeld. Biologisch genereert XX meestal eieren, terwijl XY normaal gesproken sperma produceert.

Maar hier is het punt: wetenschappers weten al lang dat beide typen cellen uit dezelfde voorraad komen. Dubbed primordiale kiemcellen, of PGC's, deze cellen vertrouwen niet op X- of Y-chromosomen, maar eerder op hun omringende chemische omgeving voor hun initiële ontwikkeling, legden Bayerl en Laird uit.

In 2017 transformeerde het team van Hayashi bijvoorbeeld embryonale stamcellen in PGC's, die, gemengd met foetale eierstok- of teelbalcellen, uitgroeiden tot kunstmatige eicellen of sperma.

Hier nam het team de moeilijkere taak op zich om een ​​XY-cel om te vormen tot een XX-cel. Ze begonnen met een groep embryonale stamcellen van muizen die hun Y-chromosomen kwijtraakten - een zeldzame en controversiële hulpbron. Met behulp van een glow-in-the-dark-tag die alleen op X-chromosomen grijpt, konden ze controleren hoeveel kopieën er in een cel waren op basis van de lichtintensiteit (onthoud dat XX helderder zal schijnen dan XY).

Nadat de cellen acht ronden in petrischalen waren gekweekt, ontdekte het team dat ongeveer zes procent van de cellen sporadisch hun Y-chromosoom verloor. In plaats van XY hadden ze nu nog maar één X, alsof ze de helft van een eetstokjespaar misten. Het team heeft vervolgens selectief deze cellen, XO genaamd, overgehaald om zich te delen.

De reden? Cellen dupliceren hun chromosomen voordat ze zich splitsen in twee nieuwe. Omdat de cellen maar één X-chromosoom hebben, zullen sommige dochtercellen na duplicatie eindigen met XX, met andere woorden, biologisch vrouwelijk. Het toevoegen van een medicijn genaamd reversine hielp het proces, waardoor het aantal XX-cellen toenam.

Het team maakte vervolgens gebruik van hun eerdere werk. Ze hebben XX cellen omgezet in PGC-achtige cellen – die zich kunnen ontwikkelen tot ei of sperma – en vervolgens foetale eierstokcellen toegevoegd om de getransformeerde mannelijke huidcellen in volwassen eieren te duwen.

Als ultieme test injecteerden ze sperma van een normale muis in de in het laboratorium gemaakte eieren. Met de hulp van een vrouwelijke surrogaat produceerde het blauwe-lucht-experiment meer dan een half dozijn pups. Hun gewicht was vergelijkbaar met muizen die op de traditionele manier werden geboren, en hun draagmoeder ontwikkelde een gezonde placenta. Alle pups groeiden op tot volwassenheid en kregen zelf baby's.

Grenzen verleggen

De technologie staat nog in de kinderschoenen. Ten eerste is het succespercentage extreem laag: slechts 7 van de 630 teruggeplaatste embryo's werden volwassen volwassenen. Met een kans van slechts 1.1 procent om te slagen, vooral bij muizen, is het moeilijk om de technologie naar mannelijke mensenparen te brengen. Hoewel de babymuizen qua gewicht relatief normaal leken en zich konden voortplanten, zouden ze ook genetische of andere tekortkomingen kunnen vertonen, iets dat het team verder wil onderzoeken.

"Er zijn grote verschillen tussen een muis en de mens", zei Hayashi op een eerdere conferentie.

Dat gezegd hebbende, afgezien van reproductie, kan de studie onmiddellijk helpen om chromosomale aandoeningen te begrijpen. Het syndroom van Down wordt bijvoorbeeld veroorzaakt door een extra kopie van chromosoom 21. In het onderzoek ontdekte het team dat het behandelen van muizenembryonale stamcellen met een soortgelijk defect met reversine - het medicijn dat helpt om XY-cellen om te zetten in XX-cellen - de muizen bevrijdt van de extra kopie zonder andere chromosomen aan te tasten. Het is nog lang niet klaar voor menselijk gebruik. De technologie kan andere wetenschappers echter helpen bij het opsporen van preventieve of screeningmaatregelen voor vergelijkbare chromosomale aandoeningen.

Maar wat misschien wel het meest intrigerend is, is waar de technologie reproductieve biologie kan brengen. In een gedurfd experiment toonde het team aan dat cellen van een enkele mannelijke iPSC-lijn nakomelingen kunnen baren: pups die uitgroeiden tot volwassenheid.

Met de hulp van draagmoeders "suggereert het ook dat een alleenstaande man in de verre toekomst een biologisch kind zou kunnen krijgen", zegt Dr. Tetsuya Ishii, een bio-ethicus aan de Universiteit van Hokkaido. Het werk zou ook bioconservatie kunnen stimuleren, waarbij bedreigde zoogdieren van slechts één mannetje kunnen worden verspreid.

Hayashi is zich terdege bewust van de ethische en sociale implicaties van zijn werk. Maar voor nu ligt zijn focus op het helpen van mensen en het ontcijferen - en herschrijven - van de reproductieregels.

De studie markeert "een mijlpaal in de reproductieve biologie", aldus Bayerl en Laird.

Afbeelding tegoed: Katsuhiko Hayashi, universiteit van Osaka

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/