Родились детеныши самцов мыши, которым пересадили стволовые клетки сперматогониев, полгода хранившиеся на МКС

Авторы статьи в Stem Cell Reports отправили замороженные сперматогониальные стволовые клетки на полгода в космос, чтобы проверить, сохранят ли они функциональные свойства и какое количество повреждений могут накопить.

Среди задач, которые поставят перед медико-биологическими науками будущие длительные межпланетные миссии и колонии за пределами Земли, — создание способов сохранения репродуктивной функции. Предыдущие эксперименты на животных показывали, что условия космоса могут повреждать сперматозоиды и нарушать сперматогенез, и это напрямую влияет на жизнеспособность потомства. Например, еще в 1960-е годы было показано, что у собак после длительного космического полета возрастает количество аномальных сперматозоидов. Более того, даже земные модели пониженной гравитации приводили к нарушением сперматогенеза у животных.

Один из подходов к решению этой проблемы — сохранение лиофилизированных стволовых клеток, дифференцирующихся в клетки зародышевой линии. Сперматогониальные стволовые клетки (SSC), предшественники всех клеток сперматогенеза, могут восстанавливать продукцию сперматозоидов после трансплантации в семенники. Эти клетки рассматриваются как потенциальный инструмент для восстановления мужской фертильности после пребывания в экстремальных условиях.

SSC, культивируемые in vitro, заморозили в криопротекторе и отправили на борт МКС, где они хранились в морозильной камере при -80°C в течение 6 месяцев (прибыли на борт 14 июля 2022 года и были возвращены на Землю 11 января 2023 года). Контрольные образцы оставались на Земле. После возвращения клетки разморозили и сравнили с контролем уровень повреждения ДНК, экспрессию генов, метилирование, способность к делению и к восстановлению сперматогенеза после трансплантации в семенники.

Жизнеспособность после криоконсервации сохранило 50–60% клеток, причем различий между образцами, хранившимися на МКС и на Земле, не наблюдалось. Все клетки продолжили деление в культуре, формируя характерные колонии и оставаясь жизнеспособными на протяжении 100 дней. Морфология, скорость пролиферации, уровни повреждения ДНК, а также экспрессия ключевых регуляторных генов в клетках с МКС не отличались от тех, что хранились на Земле.

Затем ученые трансплантировали исследуемые и контрольные клетки в семенные канальцы самцов мышей. Предварительно животные получали бусульфан, который подавлял развитие их собственных сперматогониев. Через 10 недель был проведен гистологический анализ, показавший восстановление сперматогенеза. Методами иммуногистохимии ученые подтвердили, что в семенных канальцах мышей после трансплантации SSC присутствовали SYCP3+ клетки, проходящие мейоз, и PNA+ гаплоидные клетки, что говорит о формировании зрелых сперматозоидов.

Авторы статьи также проверили, может ли трансплантация клеток, побывавших в космосе, восстановить фертильность. (В этом эксперименте клетки пересаживали неполовозрелых самцам, так как SSC эффективнее колонизируют ткани мышат, чем у взрослых мышей.) Часть потомства этих мышей происходила от донорских клеток, и у детенышей не выявили ни нарушений развития, ни эпигенетических отклонений. Авторы тем не менее отмечают, что для полной уверенности в отсутствии негативных эффектов необходимо длительное наблюдение за потомством.

Уровни экспрессии генов Trp53, Rad51 и Pten, связанных с репарацией ДНК и контролем деления, а также поверхностных маркеров сперматогониев (GFRA1, CDH1, EPCAM, ITGA6, ITGB1, CD9 и KIT) статистически не отличались у клеток, хранящимися на МКС и на Земле.

За полгода хранения на борту МКС клетки получили дозу 0,31 ± 0.01 мГр в день (0,59 ± 0,03 мЗв в день, или 106,5 ± 5,2 мЗв суммарно), что соответствует известным уровням радиационного фона станции и является даже менее повреждающим, чем процесс заморозки и разморозки.

Авторы подчеркивают, что это первое исследование, в котором оценивалось состояние лиофилизированных репродуктивных стволовых клеток после полугодового хранения на МКС. Такие данные важны не только для сохранения фертильности в будущих космических миссиях, но и для создания криохранилищ вне Земли, которые теоретически могут сохранить биоразнообразие в случае глобальных катастроф.

Изменения транскриптома лейкоцитов у астронавтов указывают на подавление иммунитета