Möss med två pappor föddes från ägg gjorda av manliga hudceller

Sju möss gick precis med i pantheonet av avkommor skapade av samkönade föräldrar - och öppnade dörren för avkommor födda från en ensamstående förälder.

I en studie som publiceras i Natur, beskrev forskare hur de skrapade hudceller från svansarna på hanmöss och använde dem för att skapa funktionella äggceller. När de befruktades med spermier och transplanterades till ett surrogat, gav embryona upphov till friska ungar, som växte upp och fick egna barn.

Studien är den senaste i ett decenniumlångt försök att skriva om reproduktion. Ägg möter spermier förblir dogmen. Det som spelar in är hur de två halvlekarna skapas. Tack vare iPSC-tekniken (inducerad pluripotent stamcell) har forskare kunnat kringgå naturen för att ingenjör funktionella ägg, rekonstruera konstgjorda äggstockar, och ge upphov till friska möss från två mammor. Ändå har ingen lyckats knäcka receptet på friska avkommor födda från två pappor.

Gå in på Dr. Katsuhiko Hayashi vid Kyushu University, som har lett det ambitiösa målet att konstruera könsceller – spermier och ägg – utanför kroppen. Hans lösning kom från ett smart hack. När de odlas i petriskålar tenderar iPSC-celler att förlora buntar av sitt DNA, så kallade kromosomer. Normalt är detta en massiv huvudvärk eftersom den stör cellens genetiska integritet.

Hayashi insåg att han kunde kapa mekanismen. Teamet valde celler som tappar Y-kromosomen och vårdade cellerna tills de helt utvecklades till mogna äggceller. Cellerna – som började som manliga hudceller – utvecklades så småningom till normala möss efter befruktning med normala spermier.

"Murakami och medarbetares protokoll öppnar nya vägar inom reproduktionsbiologi och fertilitetsforskning," sade Drs. Jonathan Bayerl och Diana Laird vid University of California, San Francisco (UCSF), som inte var inblandade i studien.

Om strategin kommer att fungera på människor återstår att se. Framgångsfrekvensen hos möss var mycket låg på bara en bit över en procent. Ändå är studien ett proof of concept som ytterligare tänjer på gränserna för den reproduktiva sfären av möjligheter. Och kanske mer omedelbart kan den underliggande tekniken hjälpa till att ta itu med några av våra vanligaste kromosomala störningar, såsom Downs syndrom.

"Detta är ett mycket viktigt genombrott för genereringen av ägg och spermier från stamceller," sade Dr Rod Mitchell vid MRC Center for Reproductive Health, University of Edinburgh, som inte var involverad i studien.

En reproduktiv revolution

Hayashi är en långvarig veteran på att transformera reproduktionsteknologier. År 2020, hans lag beskrev genetiska förändringar som hjälper celler att mogna till äggceller inuti en skål. Ett år senare, de rekonstruerade äggstocksceller som fostrade befruktade ägg till friska musungar.

Kärnan i dessa teknologier är iPSCs. Med hjälp av ett kemiskt bad kan forskare omvandla mogna celler, såsom hudceller, tillbaka till ett stamcellsliknande tillstånd. iPSC: er är i grunden biologisk lekdeg: med en soppa av kemisk "knådning" kan de lirkas och formas till nästan alla typer av celler.

På grund av sin flexibilitet är iPSC:er också svåra att kontrollera. Som de flesta celler delar de sig. Men när de förvaras i en petriskål för länge gör de uppror och antingen tappar – eller duplicerar – några av sina kromosomer. Denna tonårsanarki, kallad aneuploidi, är nöden för forskarnas arbete när de försöker behålla en enhetlig population av celler.

Men som den nya studien visar, är det molekylära upproret en gåva för att generera ägg från manliga celler.

X Möter Y och ... Möter O?

Låt oss prata sexkromosomer.

De flesta människor har antingen XX eller XY. Både X och Y är kromosomer, som är stora buntar av DNA - bildtrådar lindade runt en spole. Biologiskt genererar XX vanligtvis ägg, medan XY normalt producerar spermier.

Men här är saken: forskare har länge vetat att båda typerna av celler utgår från samma stam. Dubbade primordiala könsceller, eller PGCs, förlitar sig dessa celler inte på vare sig X- eller Y-kromosomer, utan snarare på sin omgivande kemiska miljö för sin initiala utveckling, förklarade Bayerl och Laird.

2017, till exempel, omvandlade Hayashis team embryonala stamceller till PGC, som när de blandas med fosterets äggstocks- eller testikelceller mognade till antingen konstgjorda ägg eller spermier.

Här tog teamet på sig den svårare uppgiften att omvandla en XY-cell till en XX-cell. De började med en grupp embryonala stamceller från möss som tappade sina Y-kromosomer - en sällsynt och kontroversiell resurs. Med hjälp av en glöd-i-mörkret-tagg som bara griper tag i X-kromosomer, kunde de övervaka hur många kopior det fanns inuti en cell baserat på ljusintensitet (kom ihåg att XX lyser starkare än XY).

Efter att ha odlat cellerna i åtta omgångar inuti petriskålar fann teamet att ungefär sex procent av cellerna sporadiskt förlorade sin Y-kromosom. Istället för XY hade de nu bara ett X – som att de saknade hälften av ett ätpinnespar. Teamet lockade sedan selektivt dessa celler, kallade XO, att dela sig.

Anledningen? Celler duplicerar sina kromosomer innan de delar sig i två nya. Eftersom cellerna bara har en X-kromosom, efter duplicering kommer några av dottercellerna att hamna på XX – med andra ord biologiskt kvinnliga. Att lägga till ett läkemedel som kallas reversin hjälpte processen framåt, vilket ökade antalet XX-celler.

Teamet utnyttjade sedan sitt tidigare arbete. De omvandlade XX-celler till PGC-liknande celler – de som kan utvecklas till ägg eller spermier – och lade sedan till fosterceller i äggstockarna för att driva de transformerade manliga hudcellerna till mogna ägg.

Som det ultimata testet injicerade de spermier från en vanlig mus i de labbtillverkade äggen. Med hjälp av ett kvinnligt surrogat producerade experimentet med blå himmel över ett halvdussin ungar. Deras vikter liknade möss som föddes på traditionellt sätt, och deras surrogatmamma utvecklade en frisk moderkaka. Alla valparna växte till vuxen ålder och fick sina egna barn.

Skjutande gränser

Tekniken är fortfarande i början. För det första är dess framgångsfrekvens extremt låg: endast 7 av 630 överförda embryon levde för att vara fullvuxna vuxna. Med bara 1.1 procents chans att lyckas – särskilt i möss – är det en tuff försäljning för att föra tekniken till manliga mänskliga par. Även om babymössen verkade relativt normala vad gäller vikt och kunde fortplanta sig, kunde de också ha genetiska eller andra brister - något som teamet vill undersöka ytterligare.

"Det finns stora skillnader mellan en mus och människan" sade Hayashi vid en tidigare konferens.

Som sagt, bortsett från reproduktion, kan studien omedelbart hjälpa till att förstå kromosomala störningar. Downs syndrom, till exempel, orsakas av en extra kopia av kromosom 21. I studien fann teamet att behandling av embryonala stamceller från mus som har en liknande defekt med reversin – läkemedlet som hjälper till att omvandla XY till XX-celler – befriat mössen från den extra kopian utan att påverka andra kromosomer. Den är långt ifrån redo för mänsklig användning. Tekniken kan dock hjälpa andra forskare att jaga förebyggande eller screeningåtgärder för liknande kromosomala störningar.

Men det som kanske är mest spännande är var tekniken kan ta reproduktionsbiologin. I ett djärvt experiment visade teamet att celler från en enda manlig iPSC-linje kan föda avkommor - ungar som växte in i vuxen ålder.

Med hjälp av surrogatmödrar, "antyder det också att en ensamstående man kan få ett biologiskt barn ... i en lång framtid", säger Dr. Tetsuya Ishii, en bioetiker vid Hokkaido University. Arbetet skulle också kunna driva på biokonservering och sprida utrotningshotade däggdjur från bara en enda hane.

Hayashi är väl medveten om de etiska och sociala konsekvenserna av sitt arbete. Men för tillfället är hans fokus på att hjälpa människor och dechiffrera – och skriva om – reglerna för reproduktion.

Studien markerar "en milstolpe inom reproduktiv biologi", säger Bayerl och Laird.

Bildkredit: Katsuhiko Hayashi, Osaka University

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://singularityhub.com/2023/03/28/mice-with-two-dads-were-born-from-eggs-made-from-male-skin-cells/