Η ανακάλυψη παρέχει ένα πολλά υποσχόμενο ερευνητικό μοντέλο που μπορεί να προωθήσει την κατανόηση για την ανάπτυξη των οργάνων και να μεταφραστεί σε θεραπευτικές εφαρμογές για την ανδρική υπογονιμότητα.
Τα οργανοειδή, τρισδιάστατα μίνι όργανα που καλλιεργούνται στο εργαστήριο και που προέρχονται κυρίως από βλαστοκύτταρα, έχουν ανοίξει νέους δρόμους στη μοντελοποίηση των οργάνων που μιμούνται, συμπεριλαμβανομένης της έρευνας για νόσους και της δοκιμής θεραπευτικών παραγόντων.
Την τελευταία δεκαετία, έχουμε δει μικροσκοπικούς εγκεφάλους, καρδιές, πνεύμονες, στομάχια και παχύ έντερο που έχουν αυξηθεί σε πολυπλοκότητα και λειτουργικότητα. Μέχρι στιγμής, ωστόσο, δεν υπήρχε οργανοειδές για τη μοντελοποίηση των όρχεων. Ωστόσο ερευνητές στο Ισραήλ το άλλαξαν αυτό.
Οι τεχνητοί όρχεις που παράγονται στο εργαστήριο του Nitzan Gonen στο Goodman Faculty of Life Sciences και στο Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας και Προηγμένων Υλικών στο Πανεπιστήμιο Bar-Ilan, στο Ισραήλ είναι οργανοειδή των όρχεων – μικροσκοπικά, τεχνητά όργανα που παράγονται από πραγματικούς όρχεις ποντικιού και που δημιουργούν δομές που μοιάζουν με τους πραγματικούς.
«Οι τεχνητοί όρχεις είναι ένα πολλά υποσχόμενο μοντέλο για βασική έρευνα για την ανάπτυξη και τη λειτουργία αυτών των οργάνων, το οποίο μπορεί να μεταφραστεί σε θεραπευτικές εφαρμογές για διαταραχές σεξουαλικής ανάπτυξης και στειρότητας», σχολιάζει ο Nitzan Gonen, ο συγγραφέας της μελέτης.
Η δυσλειτουργική ανάπτυξη των όρχεων μπορεί να προκαλέσει διαταραχές της σεξουαλικής ανάπτυξης (DSDs) ή να συμβάλει στην ανδρική στειρότητα, μια κατάσταση για την οποία λίγα είναι γνωστά για τους γενετικούς και περιβαλλοντικούς μηχανισμούς που τη ρυθμίζουν και που επηρεάζει 1 στους 12 άνδρες παγκοσμίως.
Οι ερευνητές ξεκίνησαν με νεογνικούς όρχεις ποντικιού και όχι με εμβρυϊκούς, γιατί οι δεύτεροι μεταφράζονται σε λιγότερα διαθέσιμα κύτταρα όρχεων. Τα ποντίκια που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη είχαν τροποποιηθεί με γενετική μηχανική για να επιτρέπουν στους ερευνητές να παρακολουθούν την παρουσία και την κατάσταση των κυττάρων Sertoli, τα οποία είναι απαραίτητα για τον σχηματισμό των όρχεων και την παραγωγή και ανάπτυξη του σπέρματος (σπερματογένεση).
Ολόκληροι οι όρχεις συλλέχθηκαν από ποντίκια ηλικίας τεσσάρων έως επτά ημερών. Τα ανώριμα κύτταρα τους διαχωρίστηκαν και επανασυναρμολογήθηκαν σε ένα μέσο καλλιέργειας που περιείχε παράγοντες που φυσιολογικά υπάρχουν στους όρχεις. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα τρισδιάστατο σύστημα καλλιέργειας για να υποστηρίξουν τον καλύτερο σχηματισμό και τη συντήρηση των οργανοειδών των όρχεων.
Μέχρι τη δεύτερη μέρα, τα κύτταρα είχαν σχηματίσει διαυγή οργανοειδή και συνέχισαν να μεγαλώνουν σε μέγεθος για εννέα εβδομάδες, οπότε και κατέρρευσαν. Στις 21 ημέρες, τα οργανοειδή περιείχαν όλους τους κύριους τύπους κυττάρων των όρχεων, συμπεριλαμβανομένων των κυττάρων Sertoli, οργανωμένων με τρόπο που έμοιαζε πολύ με τους πραγματικούς όρχεις. Τα κύτταρα Sertoli σχημάτισαν πολυάριθμες σωληνοειδείς δομές παρόμοιες με τα σπερματοφόρα σωληνάρια.
Παρά τη σχετική ευκολία της δημιουργίας οργανοειδών όρχεων χρησιμοποιώντας νεογνικά κύτταρα που συλλέχθηκαν από νεογέννητα ποντίκια, οι ερευνητές επιχείρησαν να χρησιμοποιήσουν και εμβρυϊκά κύτταρα, τα οποία έπρεπε να συλλεχθούν από θηλυκά ποντίκια που βρίσκονταν σε κύηση.
Η σκέψη τους ήταν η εξής: Τα νεογνικά κύτταρα έχουν περιορισμένη χρήση επειδή πολλές διαταραχές που σχετίζονται με την ανάπτυξη και τη δυσλειτουργία των όρχεων εμφανίζονται στο εμβρυϊκό στάδιο. Χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνική, ανέπτυξαν επιτυχώς οργανοειδή των όρχεων από εμβρυϊκά κύτταρα ποντικού με πιο καλά καθορισμένες σωληνοειδείς δομές από τα οργανοειδή που προέρχονται από νεογνικά κύτταρα.
Όταν οι ερευνητές προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν ενήλικα κύτταρα όρχεων, δεν μπορούσαν να σχηματίσουν ένα οργανοειδές.
Ενώ τα οργανοειδή των όρχεων απέτυχαν να παράγουν σπέρμα, υπήρχαν σημάδια που υποδηλώνουν ότι μπορεί αυτό να καταστεί δυνατό. Η σπερματογένεση είναι μια μακρά διαδικασία όπου τα σπερματογονικά βλαστοκύτταρα υφίστανται κυτταρική διαίρεση για να σχηματίσουν σπερματοζωάρια που εξελίσσονται σε ώριμο σπέρμα.
Οι ερευνητές βρήκαν χαμηλού επιπέδου κυτταρική διαίρεση στα οργανοειδή που φαινόταν να εξαρτώνται από το χρόνο, κυρίως μεταξύ των ημερών 21 και 42, γεγονός που μπορεί να υποδεικνύει την ύπαρξη μικρών ποσοτήτων πλήρως ώριμου σπέρματος στα τελευταία στάδια της οργανοειδούς καλλιέργειας.
Η στενή ομοιότητα των οργανοειδών με τους πραγματικούς όρχεις σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προωθήσουν την κατανόηση των επιστημόνων σχετικά με τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στον προσδιορισμό του φύλου και να παράσχουν λύσεις για την ανδρική υπογονιμότητα.
Στο μέλλον, οι ερευνητές σχεδιάζουν να παράγουν οργανοειδή χρησιμοποιώντας ανθρώπινα δείγματα. Ένα οργανοειδές των όρχεων που παράγεται από ανθρώπινα κύτταρα θα μπορούσε, για παράδειγμα, να βοηθήσει τα παιδιά που υποβάλλονται σε θεραπεία για καρκίνο, ο οποίος μπορεί να βλάψει την ικανότητά τους να παράγουν λειτουργικό σπέρμα.
Οι επιστήμονες οραματίζονται τη συλλογή ανώριμων σπερματοζωαρίων που καταψύχονται και αργότερα χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ενός γόνιμου οργανοειδούς που παράγει σπέρμα.
