Wissenschaftler haben Mäuse mit zwei biologischen Vätern geschaffen, indem sie Eier aus männlichen Zellen erzeugt haben, eine Entwicklung, die radikal neue Möglichkeiten für die Fortpflanzung eröffnet.
Der Fortschritt könnte letztendlich den Weg für Behandlungen schwerer Formen der Unfruchtbarkeit ebnen und die verlockende Aussicht erhöhen, dass gleichgeschlechtliche Paare in Zukunft ein leibliches Kind zusammen bekommen können.
„Dies ist der erste Fall, in dem robuste Säugetier-Oozyten aus männlichen Zellen hergestellt werden“, sagte Katsuhiko Hayashi, der die Arbeit an der Kyushu-Universität in Japan leitete und international als Pionier auf dem Gebiet der im Labor gezüchteten Eizellen und Spermien bekannt ist.
Hayashi, der die Entwicklung am Mittwoch auf dem Third International Summit on Human Genome Editing am Francis Crick Institute in London vorstellte, prognostiziert, dass es technisch möglich sein wird, innerhalb eines Jahrzehnts eine lebensfähige menschliche Eizelle aus einer männlichen Hautzelle zu erzeugen. Andere schlugen vor, dass dieser Zeitplan optimistisch sei, da die Wissenschaftler noch lebensfähige, im Labor gezüchtete menschliche Eizellen aus weiblichen Zellen herstellen müssen.
Zuvor haben Wissenschaftler durch eine Kette aufwändiger Schritte, einschließlich Gentechnik, Mäuse geschaffen, die technisch gesehen zwei biologische Väter hatten. Dies ist jedoch das erste Mal, dass lebensfähige Eier aus männlichen Zellen kultiviert wurden, und markiert einen bedeutenden Fortschritt. Hayashis Team versucht nun, diese Errungenschaft mit menschlichen Zellen zu replizieren, obwohl es erhebliche Hürden für die Verwendung von im Labor gezüchteten Eiern für klinische Zwecke geben würde, einschließlich der Feststellung ihrer Sicherheit.
„Rein technisch wird es möglich sein [in humans] selbst in 10 Jahren“, sagte er und fügte hinzu, dass er persönlich dafür wäre, dass die Technologie klinisch eingesetzt wird, um zwei Männern die Geburt eines Babys zu ermöglichen, wenn sich herausstellt, dass sie sicher ist.
„Ich weiß nicht, ob sie zur Reproduktion zur Verfügung stehen werden“, sagte er. „Das ist nicht nur eine Frage des wissenschaftlichen Programms, sondern auch der [society].“
Die Technik könnte auch zur Behandlung schwerer Formen der Unfruchtbarkeit angewendet werden, einschließlich Frauen mit Turner-Syndrom, bei denen eine Kopie des X-Chromosoms fehlt oder teilweise fehlt, und Hayashi sagte, diese Anwendung sei die Hauptmotivation für die Forschung.
Andere schlugen vor, dass es sich als schwierig erweisen könnte, die Technik auf menschliche Zellen zu übertragen. Menschliche Zellen benötigen viel längere Kultivierungszeiten, um ein reifes Ei zu produzieren, was das Risiko erhöhen kann, dass Zellen unerwünschte genetische Veränderungen erhalten.
Prof. George Daley, der Dekan der Harvard Medical School, beschrieb die Arbeit als „faszinierend“, fügte jedoch hinzu, dass andere Forschungsergebnisse darauf hindeuteten, dass die Herstellung von im Labor gezüchteten Gameten aus menschlichen Zellen eine größere Herausforderung sei als für Mauszellen. „Wir verstehen immer noch nicht genug von der einzigartigen Biologie der menschlichen Gametogenese, um Hayashis provokative Arbeit in Mäusen zu reproduzieren“, sagte er.
Die Studie, die zur Veröffentlichung in einer führenden Zeitschrift eingereicht wurde, stützte sich auf eine Abfolge komplizierter Schritte, um eine Hautzelle, die die männliche XY-Chromosomenkombination trägt, in ein Ei mit der weiblichen XX-Version umzuwandeln.
Männliche Hautzellen wurden in einen stammzellähnlichen Zustand umprogrammiert, um sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) zu erzeugen. Das Y-Chromosom dieser Zellen wurde dann entfernt und durch ein von einer anderen Zelle „geliehenes“ X-Chromosom ersetzt, um iPS-Zellen mit zwei identischen X-Chromosomen zu produzieren.
„Der Trick dabei, der größte Trick, ist die Vervielfältigung des X-Chromosoms“, sagte Hayashi. „Wir haben wirklich versucht, ein System zur Vervielfältigung des X-Chromosoms zu etablieren.“
Schließlich wurden die Zellen in einem Eierstock-Organoid kultiviert, einem Kultursystem, das die Bedingungen im Eierstock einer Maus nachbilden soll. Als die Eier mit normalem Sperma befruchtet wurden, erhielten die Wissenschaftler etwa 600 Embryonen, die in Ersatzmäuse eingepflanzt wurden, was zur Geburt von sieben Mäusewelpen führte. Die Effizienz von etwa 1 % war niedriger als die Effizienz, die mit normalen Eizellen weiblichen Ursprungs erreicht wurde, bei denen etwa 5 % der Embryonen eine Lebendgeburt hervorbrachten.
Die Babymäuse schienen gesund zu sein, hatten eine normale Lebensdauer und bekamen als Erwachsene Nachkommen. „Sie sehen gut aus, sie scheinen normal zu wachsen, sie werden Väter“, sagte Hayashi.
Er und Kollegen versuchen nun, die Herstellung von im Labor gezüchteten Eiern mit menschlichen Zellen zu replizieren.
Prof. Amander Clark, der an der University of California in Los Angeles an im Labor gezüchteten Gameten arbeitet, sagte, dass die Übertragung der Arbeit auf menschliche Zellen ein „großer Sprung“ wäre, da Wissenschaftler noch im Labor gezüchtete menschliche Eier aus weiblichen Zellen herstellen müssen.
Wissenschaftler haben die Vorläufer menschlicher Eizellen geschaffen, aber bis jetzt haben die Zellen ihre Entwicklung vor dem Punkt der Meiose gestoppt, einem kritischen Schritt der Zellteilung, der für die Entwicklung reifer Eizellen und Spermien erforderlich ist. „Wir stehen im Moment vor diesem Engpass“, sagte sie. „Die nächsten Schritte sind eine technische Herausforderung. Aber das durchzustehen, könnte 10 oder 20 Jahre dauern.“