Enne siirdamist segasid bioloogid inimese rakud hiire arenevatest munanditest võetud tugirakkudega, mis jäljendasid arenevatele rakkudele loomulikku munandikeskkonda. Pikas plaanis osutus teise liigi bioloogiliselt sobimatuks, mistõttu peatus rakkude areng katse teises pooles. Küll aga täitis see esialgu oma eesmärki ja aitas uurijatel ületada esimese suure tehnilise takistuse.
Neerus kasvanud seemnerakud
Meeste viljatus on üle maailma üha süvenev terviseprobleem. Ligikaudu pooltel juhtudel jääbki lastetuse täpne põhjus arstidele teadmata. Sestap vajab meditsiin hädasti uusi võimalusi, mille abil sugurakkude arengut ja selle käigus tekkivaid vigu üksikasjalikult uurida. Inimpatsientide eluskudesid on teadustöös aga pea võimatu kasutada.
Seni on teadlastel olnud väga keeruline uurida just inimese spermide arengu varaseimaid etappe, sest seda takistavad nii eetilised kui ka praktilised piirangud. Laborimudelid, sh teised liigid nagu hiir, võimaldavad bioloogidel uurida neid äärmiselt varajasi protsesse turvalises ja kontrollitud keskkonnas, ent tulemusi ei saa inimestele üks ühele üle kanda.
Ühe lahendusena on teadlased viimastel kümnenditel appi võtnud pluripotentsed tüvirakud: neid saab panna arenema peaaegu igaks inimkeha rakutüübiks. Tüvirakkude tehnoloogia on raskete haiguste mudeldamist laboris juba revolutsiooniliselt muutnud ja tegu on ühe lootust andvama meditsiinisuunaga.
Pennsylvania Ülikooli teadlase Kotaro Sasaki juhitud töörühm võttis uues katses aluseks tavalised inimese vererakud. Bioloogid programmeerisid täiskasvanud rakud tagasi varajasse, embrüonaalset staadiumit meenutavasse olekusse. Selles olekus taastus rakkude pluripotentsetele tüvirakkudele iseloomulik bioloogiline paindlikkus.
Indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude (iPS-rakkude) loomise järel suunasid teadlased nende edasist arengut teatud signaalainetega. Kasutatud keemiliste ühendite mõjul hakkasid need arenema sugurakkudeks. Seejärel lisasid uurijad hiire tugirakud ning siirdasid lõpuks loodud rakukobara mitmeks kuuks närilise neerule.
Kuus kuud hiljem saavutasid bioloogid läbimurde: neerul kasvanud koest arenesid spermatogoonid. Need seemnerakkude eellased asuvad meeste munandites ja toodavad terve oma elu uusi sperme. Seeläbi õnnestus teadlastel esimest korda vaadelda, kuidas verest pärit rakud läbivad laboris nii pika arengutee.
Kliiniline ravi on veel kaugel
Kotaro Sasaki sõnul pakub saavutus ainulaadset ja väga vajalikku mudelit, millega uurida juba looteeas kujunevaid viljatuse algpõhjuseid. Uus tööriist avab viljatusravis täiesti uued suunad, sest varem polnud tehniliselt võimalik nii varajasi arenguhäireid jälgida.
Iga edasiminekuga kaasnevad aga uued küsimused ja proovikivid. Spermatogoonid ei jõudnud hiire kudedes täieliku küpsuseni: rakud peatusid eellasstaadiumis ega läbinud viimast olulist jagunemist. Küpseid ja elujõulisi seemnerakke teadlased sellest katsest veel ei saanud.
Teadlaste hinnangul preng areng ilmselt kahe liigi bioloogilise sobimatuse tõttu. Hiire tugirakud ei suuda anda inimrakkudele täpseid hormonaalseid signaale, mida need täielikuks küpsemiseks vajavad. Kuna iga loomaliigi arengurajad on evolutsiooni käigus piltlikult öeldes peenhäälestatud, jääb kahe eri liigi rakkude suhtlus paratamatult poolikuks.
Uuringu kaasautor ja reproduktiivbioloog Eoin Whelan märgib, et järgmine suur katsumus on leida üles õige biokeemiliste signaalide komplekt. Selleks peavad teadlased täpselt mõistma, millised inimese hormoonid suunavad spermatogooni küpsemist spermiks.
Kitsaskoha lahendamiseks plaanivad bioloogid edaspidi hiire kudedest loobuda ja asendada loomsed abilised inimese enda rakkudest loodud kunstlike munanditega. Inimrakkudel põhinev mudel tagaks arenevatele sugurakkudele loomuliku, liigiomase keskkonna ja võimaldaks arengutsükli edukalt lõpule viia.
Sasaki sõnul on kliiniline viljatusravi praegusest edusammust hoolimata veel aastate kaugusel. Kuigi elujõuliste spermide loomiseni on pikk tee, annab saavutus teadlastele hädavajaliku tööriista, millega uurida arengu varajasi etappe. Töörühma sõnul annab uus tulemus viljatusravi ootavatele peredele lootust ja tõestust, et meditsiin otsib nende murele lahendust.
Uuring ilmus ajakirjas Cell Stem Cell.