Wissenschaftler haben bekannt gegeben, dass sie künstliche Hoden in einer Schale gezüchtet haben, eine Entwicklung, die ihrer Meinung nach bei der Behandlung von Unfruchtbarkeit bei Männern helfen könnte.
Diese im Labor gezüchteten Hoden sind noch keine voll funktionsfähigen, Spermien produzierenden Organe, weisen aber viele der gleichen Strukturen und genetischen Merkmale wie natürliche Hoden auf.
Dies wird es Wissenschaftlern ermöglichen, Fruchtbarkeitsprobleme bei Männern zu untersuchen und sie möglicherweise durch die Herstellung künstlicher Spermien zu behandeln.
Darüber hinaus sagte die Wissenschaftlerin, die die Arbeit leitete, gegenüber DailyMail.com, sie glaube, dass diese künstlichen Hoden verwendet werden könnten, um die Auswirkungen verschiedener Toxine auf die Hodenfunktion zu untersuchen.
Untersuchungen deuten zunehmend darauf hin, dass Umweltschadstoffe in allem, von Lebensmitteln bis hin zu Kinderspielzeug, die männliche Fruchtbarkeit beeinträchtigen, und viele glauben, dass der Anstieg dieser Chemikalien zum Teil das Fruchtbarkeitsproblem in Amerika verschärft.
Dieses Hodenorganoid wurde 14 Tage lang in einer Laborschale inkubiert. Die röhrenförmigen Strukturen sind ein entscheidender Teil der Hodenanatomie, was darauf hindeutet, dass dieses Organoid wie erwartet funktioniert
Und auf lange Sicht könnte die Technik, mit der diese künstlichen Hoden gezüchtet werden, Überlebenden von Krebserkrankungen im Kindesalter helfen, eigene Kinder zu bekommen, wenn eine Chemotherapie sie unfruchtbar macht.
„Wir planen, menschliche Hodenorganoide zu erzeugen und zu untersuchen, ob dort ein Spermium erzeugt werden kann“, sagte der leitende Forscher Nitzan Gonen, ein Forscher an der Bar-Ilan-Universität in Israel.
Künstliche Samenzellen würden vermutlich originalgetreue Kopien der DNA eines Mannes enthalten, da sie aus seinen eigenen Stammzellen gezüchtet würden.
Fruchtbarkeitsprobleme betreffen 10 bis 15 Prozent der Männer, und männliche Unfruchtbarkeit spielt bei der Hälfte aller Paare, bei denen es nicht gelingt, schwanger zu werden, zumindest eine teilweise Rolle.
Für Wissenschaftler ist es jedoch schwierig, die Gründe für die männliche Unfruchtbarkeit zu untersuchen, da es derzeit kein Labormodell zur Untersuchung der Hoden gibt.
Diese Hodenorganoide wurden aus Zellen von Mäusejungen gezüchtet und 21 Tage lang in einer Schale inkubiert. Sertoli-Zellen (rot) sind für die Bildung der Tubuli im Hoden verantwortlich. Keimzellen (grün) produzieren die Samenzellen.
Hier kommen diese Hodenorganoide ins Spiel, Miniatur-3D-Modelle von Hoden, die zur Untersuchung des echten Hodens verwendet werden können.
In der Vergangenheit mussten sich Wissenschaftler auf Daten aus den Hoden verstorbener Menschen stützen, die nicht die gleichen Erkenntnisse liefern wie diese Organoide, die zwar nicht leben, aber kontinuierlich wachsen, als wären sie lebendig.
Die künstlichen Hoden in dieser Studie begannen mit Stammzellproben, die den Hoden neugeborener oder embryonaler Mäuse entnommen wurden.
Stammzellen haben das Potenzial, sich zu jedem der vielen Zelltypen des Körpers zu entwickeln – einschließlich Gehirn, Muskel, Haut und Hoden.
Um die Hoden wachsen zu lassen, legte Gonens Team diese Stammzellproben in Laborschalen und brachte sie dazu, sich zu den verschiedenen Zelltypen zu entwickeln, aus denen Maushoden bestehen.
Dort wuchsen sie mehrere Wochen lang und Wissenschaftler untersuchten sie regelmäßig, um festzustellen, ob sie wie natürlich gewachsene Mäusehoden aussahen.
Das Ergebnis sind keine echten Hoden, sondern Strukturen, die als „Hodenorganoide“ bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um kleine Versionen der Organe, die die gleichen Zelltypen wie das Original enthalten und sich ähnlich verhalten.
Dieses Hodenorganoid wurde aus Mäuseembryonen hergestellt und 14 Tage lang in einer Schale inkubiert. Die röhrenförmigen Strukturen sind gleich. Grün markiert sind Sertoli-Zellen, die für die Bildung der Tubuli im Hoden verantwortlich sind und tatsächlich die Tubuli in der Schale bilden.
Organoide ähneln stark Organen im embryonalen Entwicklungsstadium, sagte Gonen.
Nach acht oder mehr Wochen zeigten die Hodenorganoide Anzeichen dafür, dass sie in die Meiose eintraten, das Stadium im Lebenszyklus der Hoden, in dem sie Spermien produzieren.
Hoden bestehen aus einer Reihe verschiedener Zelltypen, die mehrere Funktionen erfüllen, darunter die Produktion von Spermien und die Ausschüttung von Hormonen.
Entscheidend war, dass sie Hodenorganoide aus neugeborenen oder embryonalen Mäusen züchten konnten, nicht jedoch aus erwachsenen Mäusen.
Diese 21 Tage alten Zellen befinden sich in Hodenorganoiden. Sie werden Sertoli-Zellen genannt und sie bilden die Tubuluszellen aus, die für die Funktion der Hoden notwendig sind
Bei der Untersuchung der Hodenorganoide stellten Gonen und ihr Team fest, dass sie einige der wesentlichen Strukturen für eine normale Hodenfunktion enthielten: Tubuli, Keimzellen und Sertoli-Zellen.
Die Tubuli transportieren Spermien, die Keimzellen produzieren die Spermien und die Sertoli-Zellen helfen bei der Bildung der Tubuli.
All dies war in den Hodenorganoiden vorhanden.
Die Studie erschien im International Journal of Biological Sciences.
„Wir können immer noch nicht sicher sagen, ob unsere Organoide eine vollständige Spermienproduktion in der Schale ermöglichen, aber wir haben Anzeichen dafür gesehen, dass die Keimzellen in den von uns erzeugten Organoiden in die Meiose eintreten“, sagte Gonen. Meiose ist der Prozess, bei dem Spermien ihre DNA halbieren, um sich auf die Befruchtung einer Eizelle vorzubereiten.
„Wir arbeiten jetzt daran, besser zu verstehen, ob es uns gelungen ist, Spermien zu produzieren.“
Das Team arbeitet nun daran herauszufinden, ob diese Organoide tatsächlich Spermien produzieren können – und ob sie Sexualhormone wie Testosteron produzieren können.
Sie planen auch zu sehen, ob sie ähnliche künstliche Hoden aus Biopsien von vorpubertären Jungen züchten können, die kurz vor einer Chemotherapie stehen.
Gonen sagte, sie und ihr Team wollen auch „vollständig künstliche Hoden“ aus Stammzellen züchten, nicht nur aus Hodenzellen.