Kuriant žmogaus lytines ląsteles nepatenkintiems reprodukciniams poreikiams | gamtos biotechnologijos

Kuriant žmogaus lytines ląsteles nepatenkintiems reprodukciniams poreikiams | gamtos biotechnologijos

Anonim

Dalykai

  • Etika
  • Kamieninių ląstelių tyrimai

Redaktoriui:

Dabartinė pagalbinio apvaisinimo technologija (ART), tokia kaip apvaisinimas in vitro ir intracitoplazminė spermos injekcija, priklauso nuo prielaidos, kad abu partneriai gamina derlingus kiaušinius ar spermą (lytines ląsteles). Kol kas netaikomas ART gydymas asmenims, turintiems nedaug lytinių ląstelių arba jų neturinčių, išskyrus tuos atvejus, kai naudojamos lytinės donorės. Vykdomi tyrimai rodo, kad autologinės moters ar vyro lytinės ląstelės gali būti regeneruotos iš somatinių ląstelių kontroliuojant ląstelių likimą; Jei taip, yra tikimybė, kad ateityje ART gali padėti nevaisingoms ir net tos pačios lyties poroms. Prieš pradedant tokį gydymą ART, naudojant sukeltas lytines ląsteles, galima apsvarstyti klinikiniame kontekste, tačiau reikia atsakyti į daugybę klausimų, susijusių su tokių procedūrų saugumu ir veiksmingumu. Be to, jei tokios sukeltos lytinės ląstelės bus be reikalo pagamintos, konservuotos ir konservuotos bei naudojamos reprodukcijos tikslais klinikose, iškyla rimtų etinių ir socialinių problemų, neapibrėžus jų tinkamo vaidmens ART. Atsakydami į didėjančias lytinių ląstelių iš žmogaus pluripotencinių kamieninių ląstelių sukėlimo galimybes, toliau aptariame dabartinius techninius iššūkius, susijusius su sukeltų žmogaus lytinių ląstelių sukūrimu, ir išnagrinėjame kai kurias etines, teisines ir socialines problemas, susijusias su jų naudojimu klinikinėje praktikoje.

Naujausias darbas parodė, kad pelių oocitai ir spermatozoidai gali būti atskirti nuo sukeltų pluripotentinių kamieninių ląstelių (iPSC) ir embrioninių kamieninių ląstelių (ESC) per pirmines gemalo ląsteles primenančias ląsteles (PGCLC), todėl gali gimti sveiki palikuoniai 1, 2 . Be to, greitas progresas padarytas žmogaus lytinių ląstelių indukcijos tyrimuose, įskaitant haploidinių, apvalių spermatidinių (panašių) ląstelių generavimą iš iPSC ir (arba) ESC 3, 4, 5, 6, 7 .

Naudojant kamieninių ląstelių technologiją, vaisinės gemalinės ląstelės iš somatinių ląstelių buvo sužadintos trimis būdais (1 pav.). Pirmajame panaudota dabartinė pirminė žmogaus iPSC (generuojamo iš somatinių ląstelių) diferenciacijos į lytines ląsteles in vitro diferenciacija (1a pav.). Iki šiol kryptingas žmogaus iPSC diferenciacija esant kaulų morfogenetiniams baltymams, retinoinė rūgščiai ir vėliau gydant (Forskolin, žmogaus leukemiją slopinantis faktorius, bazinis fibroblastų augimo faktorius ir R115866) arba pelių spermatogoninių kamieninių ląstelių (SSC) kultūros sąlygos pirminių lytinių ląstelių (PGC) 4, 8, SSC 9, spermatocitų 5, 9 ir haploidų, apvalių spermatidinių (panašių) ląstelių, ekspresuojančių ACROSIN 5, 9, generavimas, nepaisant žemo indukcijos efektyvumo. Tačiau apvaisinus oocitus tokiomis nesubrendusiomis vyro lytinėmis ląstelėmis, embrionų vystymasis bus blogas 10 . Be to, nors kombinuotas diferenciacijos protokolas, naudojant tiek in vitro, tiek in vivo sistemas, sukelė derlingus oocitus iš pelių iPSC 2, in vitro žmogaus moterų lytinių ląstelių generavimas nebuvo akivaizdžiai įrodytas.

Image

a ) Žmogaus iPSC diferenciacija į lytines ląsteles; b ) genų, susijusių su lytinių ląstelių vystymusi, per didelis ekspresija; ir c ) somatinių ląstelių branduolio perkėlimas į oocitus, žmogaus ESC nustatymas ir diferenciacija į lytines ląsteles. ESC, embrioninės kamieninės ląstelės; iPSC, indukuotos pluripotentinės kamieninės ląstelės; PGC, pirminės lytinės ląstelės; SSC, spermatogoninės kamieninės ląstelės.

Visas dydis

Atsiradus genomo redagavimo technologijai, galime tikėtis, kad žmogaus lytinių ląstelių indukcijos tyrimai sparčiai progresuos. Pavyzdžiui, genomo redagavimas buvo naudojamas PGC indukcijai iš žmogaus pluripotentinių kamieninių ląstelių in vitro 11, 12 . Naudojant genų redagavimą žmogaus lytinėse linijose, turinčiose lytines ląsteles, įrodyta, kad SOX17 yra pagrindinis į PGC panašių ląstelių likimo reguliatorius 11 . Be to, į PGC panašias ląsteles galima atskirti nuo genetiškai modifikuotų žmogaus iPSC, turinčių pradinį pliusinį potencialą, o ne turinčią naivų stiprumą, per pradines į mezodermą panašias ląsteles 12 . Ypač atkreiptinas dėmesys į neseną išvadą, kad žmogaus iPSC, persodinti tiesiai į pelių sėklinius kanalėlius, ne tik smarkiai diferencijuojasi į lytines gemalo ląsteles, kurių morfologija nesiskiria nuo vaisiaus lytinių ląstelių, bet ir ekspresuoja PGC specifinius baltymus 13 . Šis ksenotransplantacijos eksperimentas rodo, kad kultūros sąlygos, imituojančios kamieninių ląstelių nišą vaisiaus sėklidėje ar kiaušidėje, gali efektyviai nukreipti žmogaus iPSC į lytinių ląstelių diferenciaciją in vitro . Park et al . 8 taip pat patobulino PGC generavimą, naudodamos bendro kultūros sistemą su žmogaus vaisiaus lytinių liaukų ląstelėmis. Be to, Bucay ir kt . 14 pranešė, kad PGC generavimas iš žmogaus ESC lydėjo į Sertoli panašias atramines ląsteles, kas rodo galimą atraminių ląstelių naudą gemalo ląstelių indukcijai 14 . Šie radiniai rodo, kad vis sudėtingesnių bendro kultūrų sistemų, įskaitant lytinių liaukų audinių ląsteles, sukūrimas gali padidinti žmogaus lytinių ląstelių indukcijos in vitro efektyvumą .

Nors yra įtikinamų įrodymų apie spermatogonines kamienines ląsteles, vis dar nesutariama dėl oogonialių kamieninių ląstelių egzistavimo 15, 16 . Jei oogonialines kamienines ląsteles galima išskirti dauginamu būdu ir jos yra pakankamai apibūdinamos, galimybė atlikti genomo redagavimą moksliniams tyrimams taip pat gali suteikti įžvalgų, kurios galų gale galėtų pagerinti moterų lytinių ląstelių indukciją in vitro klinikinėms reikmėms.

Antrasis lytinių ląstelių generavimo metodas (1b pav.) Apima pagrindinių genų, susijusių su lytinių ląstelių vystymusi, perdėtą ekspresiją. Per didelis genų, įskaitant DAZL, DAZ, BOULE ir VASA , ekspresija palengvino patekimą į mejozę, todėl iš žmogaus IPSC ir (arba) ESC susidarė haploidinės apvalios spermatidinės (panašios) ląstelės. 3, 4, 6 . Be to, neseniai atliktas eksperimentas su pelėmis parodė, kad tuo pačiu metu padidėjęs trijų transkripcijos faktorių - Blimp1 , Prdm14 ir Tfap2c - efektyvumas diferencijuoja epiblastus primenančias ląsteles į PGC be citokinų 17 . Šie radiniai rodo, kad per didelis genų ekspresija gali paskatinti labiau išsivysčiusias lytines ląsteles ar bona fide spermatozoidus iš žmogaus iPSC, jei nustatomas optimalus pagrindinių veiksnių derinys.

Paskutinis gemalo ląstelių indukcijos būdas yra somatinių ląstelių branduolio perkėlimas į žmogaus ESS (1c pav.) 18 . Pagrindinis iš klonuotų ESC sukeltų lytinių ląstelių iššūkis yra didelė heteroplazmos tikimybė dėl perkeltų mitochondrijų karioplastikoje. Tokia heteroplazma gali išbalansuoti evoliucija optimizuotą branduolinės DNR ir mitochondrinės DNR 18 sąveiką, galimai pakenkdama biologinėms ir patologinėms pasekmėms palikuonių sveikatai. Bet kaip ir mitochondrijų donorystės mene, kai suaugusių nežmoginių primatų, gimusių po mitochondrijų donorystės, anomalijų nebuvimas iš dalies buvo nurodytas kaip technikos saugumo įrodymas mokslinėje apžvalgoje, apie kurią praėjusiais metais pranešta JK Žmogaus apvaisinimo ir embriologijos tarnybai. 20 - didesnių gyvūnų palikuonių tyrimo eksperimentai taip pat galėtų būti atliekami siekiant nustatyti sukeltų lytinių ląstelių saugumą. Bet net jei šias problemas galima išspręsti, šis trečiasis metodas atrodo mažiausiai įmanomas iš sukeltų lytinių ląstelių metodų.

Kad ir koks metodas būtų naudojamas, lytinių ląstelių indukcija apima Weismanno barjero pasukimą, kai paveldima informacija pereina tik iš lytinių ląstelių į somatines ląsteles 21 . Reikėtų atidžiai išnagrinėti šio proceso pakeitimo padarinius ne tik užtikrinant sukeltų lytinių ląstelių vystymosi potencialą, bet ir užtikrinant palikuonių sveikatą visą gyvenimą. Pažymėtina, kad kai kurie žmogaus iPSC genetinio vientisumo tyrimai rodo tendenciją, kad, be chromosomų aberacijų perprogramuojant ir (arba) vėliau auginant, atsiranda branduolinės DNR ir (arba) mitochondrijų DNR pokyčiai 22 . Be to, nors žmogaus iPSC, gauti iš odos fibroblastų, jau buvo naudojami tinklainės regeneracijai klinikiniame tyrime 23, reikia įvertinti somatinių ląstelių kilmės tipą atsižvelgiant į jų klinikinį prieinamumą ir bendrą de novo mutacijų naštą 24 .

Atsižvelgiant į tai, reikės imtis atsargumo priemonių siekiant išvengti iPSC, naudojamo lytinėms ląstelėms indukuoti, genetinio nestabilumo, neatsižvelgiant į naudojamą nustatymo metodą. Akivaizdu, kad nors iš kartų sukeltų pelių palikuonių, gautų iš sukeltų lytinių ląstelių, stebėjimas suteiks vertingos įžvalgos apie šios technologijos saugumą palikuonių gyvavimo laikotarpiu, prieš pradedant klinikinį taikymą reikės atlikti papildomus tyrimus su kitomis gyvūnų rūšimis, ypač nežmoginiais primatais.

Be technologinių kliūčių, su kuriomis susiduria žmogaus lytinių ląstelių technologijos, klinikinėje praktikoje šios procedūros kelia keletą etinių problemų 25 . Pirmiausia žmogaus vaisiaus kiaušidžių arba sėklidžių audiniai bus reikalingi veiksmingam oocitų ar spermatozoidų indukcijai in vitro 8 . Kai vaisiaus audiniai gaunami dėl pasirenkamųjų abortų, kai kuriems gali atrodyti, kad lytinių ląstelių karta atsiranda kitų žmonių gyvybių sąskaita. Tačiau vaisiaus audinius galima įsigyti etiškai, jei yra gautas informuotas pacientų, kuriems atlikta operacija dėl aiškios medicininės priežasties (pavyzdžiui, negimdinis nėštumas), sutikimas. Tokiais atvejais svarbu atskleisti informaciją apie medžiagas ir metodus.

Palyginus su apvaisinimu in vitro, naudojant gametas donorus, vienas in vitro gametgenezės procedūrų pranašumas yra tas, kad genetinė vaiko patelė yra tokia pati kaip normalios reprodukcijos metu.

Be šių problemų, ART naudojant lytines ląsteles, gautas iš klonuotų žmogaus ESS, kelia dar du rimtus etinius iššūkius (1c pav.). Visų pirma, rūpestis yra tai, kad sukuriant ESRT bus sunaikinti žmogaus embrionai. Be to, norint sukurti klonuotą ESC, prireiktų kiaušialąsčių atsistatymo medikamentais ir hormonų injekcijomis, kurios gali sukelti bėdų ar gali sukelti kiaušidžių hiperstimuliacijos sindromą 26 sveikiems oocitų donorams. Aišku, požiūriai, kai išeities taškai yra iPSC, gauti gavus informuotą suaugusiojo sutikimą (1a, b pav.), Kelia mažiau etinių problemų nei somatinių ląstelių branduolio perkėlimas į žmogaus ES ląsteles (1c pav.).

Tada kyla medicinos poreikio klausimas. Galimą sukeltų lytinių ląstelių naudą greičiausiai nustato poros savarankiškai naudojamos, nes būtent jų lytinės ląstelės turėtų būti regeneruotos, norint turėti genetiškai susijusį vaiką. Norėdami iliustruoti kai kuriuos 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 scenarijus, 1 langelyje aptarsime keturis susijusius atvejus.

Vienu atveju naudojant žmogaus lytines lytines ląsteles galėtų dalyvauti tos pačios lyties poros. Galima įsivaizduoti, kad tos pačios lyties poros indukuotų oocitų, gautų iš XY ląstelių, arba iš XX ląstelių sukeltų spermatozoidų 31 ; tačiau tai tebėra tik tolima mokslinė galimybė 25 . Be techninių iššūkių, viena etinių tokio taikymo problemų yra ta, kad vaikai, patiriantys tokią procedūrą, gali patirti kančią ir stigmas, susijusius su gimimu dėl nenatūralaus biologinio proceso.

Antrasis klinikinių indukuotų oocitų prieinamumo atvejis būtų poros, norinčios sukurti „seserį gelbėtoją“, kuris galėtų atlikti suderinamą transplantaciją esamam sergančiam vaikui. Toks brolis ar brolis gali būti atpažįstamas nustatant žmogaus leukocitų antigeno tipus per pirminę implantacijos genetinę diagnozę; tokio požiūrio kartais bandoma naudoti tradicinio meno srityje, tačiau jis yra gana neveiksmingas 32 . Žmogaus oocitų indukcija šiuo metu tebėra nebaigtas darbas, kaip aptarta aukščiau, o brolio ir seserų išganytojo sukūrimas gali būti etikos požiūriu ginčytinas dalykas, nes tai reiškia tėvų moralinį sprendimą suteikti pirmenybę esamo sergančio vaiko, o ne naujojo gelbėtojo palikuonių gerovei. 33 .

Trečias vartojimo atvejis yra sukeltų kiaušialąsčių priėmimas, siekiant padėti moterims, kurios patyrė pasikartojančius ART nesėkmes dėl aneuploidijų, susijusių su amžiumi, oocitų senėjimu, tačiau nenori naudoti lytinių organų donorų. Nors prieš implantuojant atliktą genetinę diagnozę aneuploidijai nustatyti jau siekiama pagerinti ART sėkmės procentą, jos klinikinis veiksmingumas šiuo metu nėra aiškus 34 . Tačiau, kaip minėta aukščiau, prieš pradedant tokias procedūras, žmogaus oocitų indukcijai reikia papildomų tyrimų. Be to, vargu, ar sukeltos kiaušialąstės bus naudingos visoms vyresnio amžiaus moterims. Moterims senstant, implantacija ir galimybė užsitikrinti nėštumą gali būti pakenkta 35 .

Galutinėje paraiškoje dalyvauja nevaisingi piktybiniai navikai. Naujausi tyrimai pranešė, kad 46% išgyvenusių vyrų ir 16% moterų, išgyvenusių dėl vaikų vėžio, pasireiškia nevaisingumu 36 . Viena iš pagrindinių priežasčių yra lytinių ląstelių praradimas dėl chemoterapijos ir (arba) radiacijos terapijos37. Nors vyrams, išgyvenusiems nuo vėžio, spermos konservavimas yra veiksmingas būdas apsaugoti spermatozoidus, ne visiems pacientams vyrams, kuriems šis metodas siūlomas, spermatozoidai kaupiasi dėl streso, sunkios ligos ar seksualinio nepatyrimo37; tokiems asmenims indukuoti spermatozoidai gali suteikti ART priemonę. Prepubertaliniams berniukams ateityje užbaigus maitinimąsi ir atliekant sėklidžių audinio transplantaciją, būtų galima atkurti išgyvenusiųjų vaisingumą37. Tačiau supratus kitas galimybes (donoro spermos panaudojimą ir įvaikinimą) ART, naudojant indukuotus spermatozoidus, gali būti potencialus reprodukcinis pasirinkimas, be rizikos, susijusios su in vitro gametogeneze.

Pirmasis sukeltų spermatozoidų panaudojimas reprodukcijai įvyktų klinikinio tyrimo metu. Gydant ART, būsimasis tėvas (-ai) pateikia informuotą sutikimą. Gavus informuotą sutikimą, galima rizika, susijusi su ART naudojant sukeltas lytines ląsteles, yra embriono sulaikymas, implantacijos nepakankamumas, persileidimas ir gimdymas su įgimtomis anomalijomis. Tėvų sutikimas reprodukcijai naudoti tokias lytines ląsteles yra pateisinamas, jei saugumas gali būti laikomas lygiaverčiu įprastiniam ART gydymui, remiantis ikiklinikinių tyrimų rezultatais 27 .

Be minėtų techninių, etinių ir socialinių klausimų, sukeltų lytinių ląstelių klinikinis naudojimas turi vykti tinkamoje teisinėje aplinkoje. Remiantis Europos žmogaus reprodukcijos ir embriologijos draugija, labiausiai su ART susijusios pasaulio šalys yra Japonija ir JAV 28 . Dvidešimt trys Europos šalys turi 29 straipsnį reglamentuojančius įstatymus, o JAV ir Japonija turi nedaug federalinių ar nacionalinių įstatymų ar gairių, tiesiogiai susijusių su 30 straipsniu . Apskritai, be griežtų taisyklių, ART yra naudojamas kaip pažangiosios medicinos rūšis JAV ir Japonijoje. JAV maisto ir vaistų administracija (FDA) reguliuoja lytinių organų donorystę, siekdama užkirsti kelią infekcinių ligų plitimui, ir tai yra minimalus visų ART procedūrų reikalavimas. Tačiau atsižvelgiant į tai, kad indukuotų lytinių ląstelių naudojimas reprodukcijai atrodo teisėtas tiek JAV, tiek Japonijoje, prioritetas turėtų būti aiškių taisyklių, kuriomis vadovaujamasi socialiai priimtinų sukeltų lytinių ląstelių naudojimui, parengimas. Paradoksas, kad nors klinikinės praktikos priežiūra Jungtinėse Valstijose tebėra menka, Dickey-Wicker pakeitimas (HR 2880, 128 skyrius) draudžia naudoti asignuotas lėšas žmogaus embrionų kūrimui mokslinių tyrimų tikslams arba tyrimams, kuriuose žmonių embrionai sunaikinami.

Svarbu pabrėžti, kad ART praktikuojantys gydytojai, naudojantys sukeltas lytines ląsteles, turės pateikti įrodymų, kad proceso metu nebuvo genetinių pokyčių, nes daugelyje šalių genetinis lytinių ląstelių modifikavimas yra uždraustas; iš tiesų, neseniai atlikus reglamentų apžvalgą, mažiausiai 29 šalys (įskaitant Japoniją, bet ne JAV) uždraudžia lytinių linijų genų modifikavimą reprodukcijos tikslais 30 . JAV FDA saugumo sumetimais reguliuoja gemalo linijų modifikavimą 30, o JAV nacionalinių sveikatos institutų (NIH) Patariamasis rekombinantinės DNR komitetas savo rekomendacijose dėl tyrimų, susijusių su rekombinantinių arba sintetinių branduolinių rūgščių molekulėmis, nurodo, kad jis nebus šiuo metu rengia pasiūlymus dėl gemalo linijos genų pakeitimų 30 . Panašiai Japonija draudžia klinikinius tyrimus, kurie sąmoningai atlieka arba gali sukelti genetines žmogaus lytinių ląstelių ar embrionų modifikacijas pagal Klinikinių tyrimų gaires dėl genų terapijos 30 .

Apskritai, autologiškai sukeltos lytinės ląstelės iš autologinių IPSC gali būti naudingos daugeliui porų, kurios šiuo metu nėra naudingos ART. Nors rūpestinga, puoselėjanti ir mylinti aplinka yra svarbi kuriant šeimą, iš tikrųjų dauguma tėvų mieliau turėtų savo genetiškai susijusį vaiką, o ne tą, kuris būtų sukurtas iš nesusijusio lytinių ląstelių donoro 27 . Atsižvelgiant į tai, kad norint užmegzti vaisiaus oocitą, pakaktų vienintelio tobulai sukelto spermatozono, kad būtų galima atlikti derlingą oocitą, manome, kad tikėtiname pirmame klinikiniame tyrime, naudojant indukuotas lytines ląsteles, būtų įvertinti sukeltų spermatozoidų kiekiai ART sergantiems vyrams. Nepaisant to, prieš pradedant tokį teismo procesą, dar reikia išspręsti daugelį etinių, teisinių ir socialinių klausimų. Mes tvirtiname, kad dabar pats laikas pradėti diskusijas apie tai, kaip sukeltos lytinės ląstelės bus pritaikytos klinikinėje ART praktikoje.

Redaktoriaus pastaba: Šis straipsnis buvo recenzuotas .