Organoidy, czyli mininarządy wyhodowane w laboratorium, pochodzące głównie z komórek macierzystych, otworzyły nowe sposoby modelowania organów, których funkcje odtwarzają, a także pozwalają na testowanie nowych leków. W ciągu ostatniej dekady powstały całkiem funkcjonalne miniaturowe mózgu, serca, płuca, żołądki czy jelita o różnym stopniu złożoności, ale do tej pory nie było organoidów jąder.
Czytaj też: Po raz pierwszy stworzono minimózgi z tkanki płodu. Historia dzieje się na naszych oczach
Naukowcy z Bar-Ilan University (BIU) zmienili to, pomyślnie wytwarzając organoidy jądrowe z noworodkowych komórek myszy. Szczegóły opisano w czasopiśmie Journal of Biological Sciences.
Dr Nitzan Gone z BIU mówi:
Sztuczne jądra są obiecującym modelem dla badań podstawowych nad rozwojem i funkcją jąder, który można przełożyć na zastosowania terapeutyczne w leczeniu zaburzeń rozwoju seksualnego i niepłodności.
Jądra z laboratorium? Wkrótce to nie będzie fikcja
Jądra to organy występujące u samców większości zwierząt (z wyjątkiem gąbek), u ssaków znajdujące się w mosznie – worku skórno-powięziowym, będącym przedłużeniem ściany brzucha. Jądra są położone poza obrębem ciała, gdyż spermatogeneza (powstawanie i dojrzewanie plemników) zachodzi wydajniej w temperaturach niższych niż 37oC panujące wewnątrz ciała. Zwykle jedno jądro jest nieco niżej drugiego, co jest naturalnym zjawiskiem.
Czytaj też: Stworzono organoid, który płacze i przypadkowo znaleziono nieznane wcześniej komórki
Jądra odpowiadają za produkcję plemników (układ rozrodczy) oraz męskich hormonów płciowych, m.in. testosteronu (układ endokrynny). Dysfunkcje jąder mogą powodować zaburzenia rozwoju płciowego oraz przyczyniać się do niepłodności, która dotyka jednego na 12 mężczyzn na całym świecie. Niewiele wiadomo na temat leżących u jej podstaw mechanizmów genetycznych i środowiskowych. Organoidy jądrowe mogą pomóc rozwikłać te zagadki.
Naukowcy skorzystali z komórek pobranych z noworodków myszy, a nie ich embrionów, gdyż empirycznie wykazano, że oferują one więcej dostępnych komórek jąder. Myszy użyte w badaniu zostały zmodyfikowane genetycznie, aby umożliwić uczonym śledzenie obecności i stanu komórek Sertoliego, które są niezbędne do produkcji i rozwoju plemników. Zespołowi nie powiodła się próba wyhodowania organoidów z jąder dorosłych myszy.
Od myszy w wieku 4-7 dni pobrano całe jądra; niedojrzałe komórki jądra rozdzielono na pojedyncze komórki i ponownie złożono na pożywce hodowlanej zawierającej czynniki normalnie obecne w tych organach. Drugiego dnia komórki utworzyły przezroczyste organoidy i nadal rosły przez dziewięć tygodni, po czym zapadły się. Uważa się, że jest to długi czas i teoretycznie może wystarczyć na zakończenie procesu produkcji nasienia i wydzielania hormonów – u myszy zajmuje to 34 dni.
Chociaż organoidy jąder nie wytwarzały plemników, pojawiły się oznaki sugerujące, że jest to możliwe. Spermatogeneza to długotrwały proces, podczas którego komórki macierzyste plemników przechodzą mejozę (podział komórek), tworząc plemniki. Naukowcy odkryli niski poziom ekspresji markerów mejozy w organoidach, który wydawał się być zależny od czasu, głównie pomiędzy 21. a 42. dniem, co może wskazywać na istnienie niewielkich ilości w pełni dojrzałych plemników na późniejszych etapach hodowli organoidów.
W przyszłości uczeni planują produkcję organoidów z próbek ludzkich. Na przykład jądra wyprodukowane z ludzkich komórek mogłoby pomóc dzieciom leczonym z powodu nowotworów, u których terapia może wpływać negatywnie na płodność. Ponieważ dzieci są zbyt małe, aby wyprodukować własne nasienie, próbki te można zamrozić i wykorzystać w przyszłości do poczęcia potomstwa.