Ovuli e spermatozoi “primordiali” ottenuti da cellule staminali

Ricercatori israeliani e britannici hanno creato cellule spermatiche e ovuli rudimentali umani in laboratorio, a partire dalle cellule della pelle di una persona. Il risultato è un piccolo passo verso un futuro trattamento per la sterilità, anche se dovrà affrontare notevoli polemiche e ostacoli normativi. L’esperimento, segnalato online su Cell, ricrea in parti di esseri umani una procedura in primo luogo sviluppata nei topi, in cui, cellule staminali, chiamate pluripotenti indotte (iPS), cellule ‘riprogrammate’ possono differenziarsi in quasi tutti i tipi di cellula, vengono utilizzate per creare degli spermatozoi o ovuli che successivamente vengono manipolati per produrre embrioni grazie alla fecondazione in vitro.

Nel 2012, il biologo delle cellule staminali Mitinori Saitou della Kyoto University in Giappone e i suoi collaboratori hanno creato le prime cellule germinali primordiali artificiali (PGC)2. Queste sono cellule specializzate che emergono durante lo sviluppo embrionale e poi danno origine a spermatozoi o ovuli. Saitou li ha fatti in vitro, a partire da cellule della pelle riprogrammate ad uno stato embrionale attraverso la tecnologia iPS. Erano anche in grado di ottenere lo stesso risultato a partire da cellule staminali embrionali.

Anche se le sue cellule non potevano svilupparsi oltre questo stadio primordiale, Saito ha scoperto che se egli inserite in testicoli di topo, maturano in sperma e se inserite in ovaie, maturano in ovuli funzionali. Sia sperma che ovuli potrebbero essere utilizzati per la fecondazione in vitro.

Gli sforzi per creare gameti simile funzionali negli esseri umani hanno prodotto cellule PGC simili, ma con una efficienza talmente bassa, efficienza per trasformare cellule staminali in gameti, che era difficile progredire. I precedenti tentativi richiedevano anche l’introduzione di geni che potrebbero rendere le cellule inutilizzabili nella clinica medica. Ora un team guidato da Azim Surani dell’Università di Cambridge, UK, e Jacob Hanna del Weizmann Institute of Science di Rehovot, Israele, ha replicato la porzione in vitro, il “primo tempo”, dice Hanna, degli sforzi di Saitou.

La chiave del successo per i biologi era trovare il giusto punto di partenza. Un ostacolo importante a ripetendo l’impresa negli esseri umani è stato il fatto che le cellule staminali embrionali umane e quelle dei topi sono fondamentalmente differenti. Le cellule staminali embrionali di topo sono ‘ingenue’, facili da convincere in qualsiasi percorso di differenziazione, mentre le cellule staminali umane sono ‘predisposte’ in un modo che le rende meno adattabili.

Ma Hanna si rese conto che tali differenze avrebbero potuto essere superate migliorando le cellule, come lui e i suoi collaboratori avevano segnalato nel 2013. Con il suo team ha sviluppato un modo per rendere le cellule staminali umane ingenue come quelle dei topi. “La prima volta abbiamo usato quelle cellule con il protocollo Saitou — boom! Abbiamo ottenuto PGC con alta efficienza,” dice.

Lavorando insieme, Surani e Hanna sono stati in grado di utilizzare le cellule staminali embrionali e le cellule iPS, sia da maschi che da femmine, per rendere le cellule progenitrici dei gameti con un’efficienza del 25-40%. “È emozionante che i laboratori di Surani e Hanna abbiano trovato un modo per generare cellule germinali progenitrici con la più alta efficienza mai segnalata,” dice Amander Clark, un esperto di biologia riproduttiva presso l’Università di California, Los Angeles.

Le cellule hanno molte delle caratteristiche delle cellule germinali primordiali. In particolare, il loro modello ‘epigenetico’, modificazioni chimiche ai cromosomi che influiscono sull’espressione genica, era simile a quelle delle cellule germinali primordiali. La squadra ha confrontato i marcatori delle proteine nella loro PGC artificiale con quelli in PGC reali raccolti da feti abortiti e li ha trovati molto simili. “Sono come PGC simile a quelle dell’essere umano come le PGC artificiali di Saitou sono simili alle PGC del topo,” dice Hanna.

Saitou afferma che gli approfondimenti meccanicistici offerti dallo studio saranno probabilmente una spinta ulteriore per capire e controllare questo processo. In particolare, negli esseri umani, una proteina chiamata SOX17 sembra avere un ruolo chiave che, nei topi, è interpretato da una diversa proteina, chiamata Sox2.

Saitou, che sta anche lavorando allo sviluppo umano delle PGC in vitro, la definisce una “scoperta interessante” e dice che, nel complesso, il processo per la creazione di tali cellule “è molto più chiaramente definito rispetto al precedente, ambiguo lavoro, e quindi questa sarà una buona base per ulteriori indagini”. Clark concorda: “È l’intuizione speciale meccanicistica nello sviluppo della linea germinale umana che rende questo lavoro unico”.

Nei topi, il passo successivo è di introdurre i PGC ingegnerizzati in testicoli o ovaie, per completare la seconda metà del processo Saitou, il loro sviluppo, in spermatozoi funzionali o ovuli. Ma Hanna dice che lui e i suoi collaboratori “non sono pronti a fare il grande passo” negli esseri umani e gli altri sono d’accordo che ci sono ancora troppe incognite per introdurre il PGC artificiale in esseri umani.

Egli sostiene che stanno valutando anche la possibilita di iniettare il PGC artificiale umano in testicoli o ovaie di topi e altri animali, o provare l’intero esperimento in primati non umani. Egli dice che gli sforzi in corso da parte Saitou e altri, per completare il processo di sviluppo per lo sperma e gli ovuli in vitro dei topi, potrebbe portare a trovare una soluzione che può essere ottimizzata per gli esseri umani. “Sto ancora raccogliendo le idee. Vedremo dopo la pubblicazione dello studio che cosa ne penserà la Comunità scientifica”dice Hanna.

Clark sostiene che le authority dovrebbero fare spazio agli esperimenti umani che saranno necessari per sperimentare la tecnologia nella clinica e potenzialmente consentire ad alcuni uomini e donne sterili di concepire. Negli Stati Uniti, ad esempio, la legge vieta finanziamenti federali per la creazione di embrioni umani a fini di ricerca, qualcosa che sarebbe necessario per testare la nuova tecnologia. Le restrizioni “devono essere tolte e sostituite con linee guida universali su come effettuare questa ricerca eticamente e tranquillamente”.

In linea di principio, il processo potrebbe essere utilizzato anche per ricavare ovociti dal corpo umano. Questi potrebbero essere fecondati in vitro con lo sperma di un altro uomo, e l’embrione risultante potrebbe poi essere impiantato in una madre surrogata, consentendo a due uomini di avere un figlio biologico insieme. Ma gli ostacoli tecnici sarebbero formidabili: in particolare, gli uomini non hanno ovaie in cui le cellule progenitrici potrebbero trovare l’ambiente per maturare in ovuli. Per non parlare delle polemiche.

“È molto importante sottolineare che, mentre questo scenario potrebbe essere tecnicamente possibile e fattibile, in questa fase è una remota possibilità e molte sfide devono essere superate”, dice Hanna. Consentire a due donne di avere figli biologici insieme sembra ancora più remota, aggiungono gli autori, perché solo gli uomini hanno il cromosoma Y, che è essenziale per la produzione di spermatozoi.

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