Naukowcy z Instytutu Mechanobiologii (MBI) Narodowego Uniwersytetu Singapuru (NUS) oraz Centrum Bia-Echo Asia ds. Długowieczności i Równości Rozrodczej (ACRLE) NUS z siedzibą w Szkole Medycznej Yong Loo Lin (NUS Medicine) opracowali innowacyjną technikę, która znacząco zwiększa potencjał rozrodczy starych oocytów, czyli niedojrzałych komórek jajowych, co potencjalnie otwiera drogę do lepszych wyników wspomaganych technologii rozrodu, takich jak: in vitro zapłodnienie (IVF) w przypadku starszych kobiet. Zespół zademonstrował odmłodzenie oocytów ze starszego modelu przedklinicznego, wykorzystując młode środowisko pęcherzykowe do częściowego przywrócenia funkcji rozrodczej, a w efekcie wygenerował jajeczko lepszej jakości do zapłodnienia in vitro.
Starzenie się układu rozrodczego kobiet to naturalny proces, który wiąże się ze zmianami w układzie rozrodczym kobiety w czasie, w tym ze znacznym spadkiem liczby i jakości jaj. Ponieważ wiele kobiet decyduje się na posiadanie dzieci w późniejszym wieku, zrozumienie i łagodzenie wpływu starzenia się na jakość komórek jajowych stało się kluczowe dla opracowania strategii pomyślnego dojrzewania komórek jajowych, zapłodnienia i rozwoju zarodka.
Pracując na pierwszej linii, aby zrozumieć mechanizmy stojące za starzeniem się układu rozrodczego kobiet, zespół badaczy pod przewodnictwem profesora Ronga LI, dyrektora MBI, i dr WANG Haiyang, starszego pracownika naukowego w MBI, oraz naukowców i klinicystów zajmujących się zapłodnieniem in vitro z NUS Medicine i ACRLE, skonstruował i wykorzystał hybrydowe pęcherzyki jajnikowe wyekstrahowane z modelu przedklinicznego, aby dostarczyć bezpośrednich dowodów na to, że stare środowisko pęcherzykowe może zaszkodzić jakości i potencjałowi rozwojowemu młodych oocytów. Co ważniejsze, zespół wykazał, że oocyt ze starego środowiska pęcherzykowego można odmłodzić, przeszczepiając go do młodego środowiska pęcherzykowego.
„Inspiracją do tych badań była rosnąca potrzeba zajęcia się problemami płodności związanymi z wiekiem. Jest niezwykle ciekawe, że żeński układ rozrodczy, zwłaszcza pęcherzyki jajnikowe zawierające oocyty, wydają się być najszybciej starzejącym się systemem ludzkiego ciała. Ten fakt skłonił nas do głębszego zbadania tego procesu starzenia się i odkrycia sposobów jego złagodzenia” – powiedział prof. Li.
Nowe podejście i ustalenia dotyczące wpływu środowiska pęcherzykowego na oocyty zostały opublikowane w Starzenie się natury w dniu 9 września 2024 r.
Rewitalizacja starej komórki jajowej
Pęcherzyk jajnikowy jest podstawową jednostką funkcjonalną w jajniku ssaka, składającą się z komórek somatycznych (komórek ziarnistych), które otaczają i podtrzymują oocyt (niedojrzałą komórkę jajową) podczas jej wzrostu i dojrzewania przed owulacją. Komórki ziarniste komunikują się z oocytem, aby dostarczać niezbędne składniki odżywcze i składniki poprzez kanały znane jako projekcje transzonalne. Z kolei oocyt dostarcza kluczowych składników, które sygnalizują wzrost i rozwój komórek ziarnistych.
Naukowcy z MBI wykorzystali tę wiedzę na temat relacji między komórkami somatycznymi pęcherzyka jajnikowego a oocytem, aby stworzyć hybrydowe pęcherzyki jajnikowe poprzez były na żywo Platforma hodowli 3D, oparta na poprzednich metodach. Następnie zespół wyekstrahował oocyt z jego pierwotnego środowiska pęcherzykowego i przeszczepił go do nowego środowiska pęcherzykowego, z którego usunięto własny oocyt, aby skonstruować hybrydowy pęcherzyk jajnikowy.
Na początek badacze potwierdzili, że stare komórki ziarniste, w porównaniu do młodych komórek ziarnistych, wykazywały wzrost cech charakterystycznych starzenia, takich jak wzrost wskaźników uszkodzeń DNA i innych czynników związanych z zaprogramowaną śmiercią komórek. Wykazali, że to stare środowisko pęcherzykowe może obniżyć jakość i potencjał rozwojowy młodego oocytu.
Następnie zespół badawczy stworzył hybrydowe pęcherzyki jajnikowe zawierające starą komórkę jajową (tj. niedojrzałą komórkę jajową ze starego środowiska pęcherzykowego) w młodym środowisku pęcherzykowym. Naukowcy wykazali, że jakość i kompetencje rozwojowe starej komórki jajowej mogą być zasadniczo, choć nie w pełni, przywrócone poprzez „pielęgnację” w młodym środowisku pęcherzykowym. Zespół odkrył, że przywrócenie jakości starej komórki jajowej przypisano przekształceniu jej metabolizmu i ekspresji genów.
Naukowcy odkryli, że młode komórki ziarniste, które były znacznie lepsze w ustanawianiu projekcji transzonalnych w kierunku starego oocytu, pomogły ułatwić tę odbudowę. Ponadto nastąpiła poprawa funkcji i zdrowia mitochondriów oocytów, kluczowych organelli dla produkcji energii i metabolizmu komórkowego.
Zespół dostarczył ponadto dowodów na to, że młode środowisko pęcherzykowe może wspierać znacznie dokładniejszy podział genomu oocytu, który musi zachodzić prawidłowo podczas dojrzewania oocytu, aby zapobiec aneuploidii — obecności nieprawidłowej liczby chromosomów w komórce lub organizmie. Wszystkie te ulepszenia zwiększają powodzenie rozwoju embrionalnego po zapłodnieniu in vitro, co prowadzi do wskaźnika żywych urodzeń około trzy razy wyższego niż ten osiągany w przypadku starych oocytów nienarażonych na młode środowisko pęcherzykowe.
Zespół NUS złożył wniosek patentowy na to innowacyjne rozwiązanie, w szczególności dotyczące metody odmładzania starych oocytów poprzez wystawienie ich na działanie młodego mikrośrodowiska pęcherzykowego.
Finansowanie badania zapewniły ACRLE, NUS Medicine i Narodowa Fundacja Badań Naukowych w Singapurze.
Wgląd w przyszłość leczenia niepłodności
„Wyniki tego badania stanowią dowód słuszności koncepcji i podstawę do opracowania nieinwazyjnych strategii opartych na komórkach, mających na celu poprawę jakości komórek jajowych u starszych kobiet lub kobiet, których zdolność reprodukcyjna jest ograniczona przez inne schorzenia. Może to prowadzić do lepszych wyników wspomaganych metod rozrodu, takich jak zapłodnienie in vitro” – powiedział dr Wang.
Naukowcy mają nadzieję, że uda im się wcielić w życie potencjalne zastosowanie swojego nowatorskiego odkrycia, przeprowadzając dokładniejsze badania mające na celu zrozumienie, w jaki sposób młode środowisko pęcherzykowe może poprawić jakość starszej komórki jajowej, potwierdzić kluczowe ustalenia tego badania na komórkach ludzkich i oocytach oraz opracować zoptymalizowaną linię komórek pęcherzykowych, która może posłużyć do poprawy jakości komórek jajowych, co przełoży się na lepsze wyniki zapłodnienia in vitro.
