Nachrichten | Gefrorenes Hodengewebe produziert nach 23 Jahren Spermien und gibt Überlebenden von Krebs im Kindesalter neue Hoffnung auf Fruchtbarkeit
Eine wegweisende Studie der University of Pennsylvania und weiterer Einrichtungen, veröffentlicht in PLoS Biology, ergab, dass Hodengewebe von Ratten, das länger als 23 Jahre eingefroren war, nach der Transplantation in unfruchtbare Mäuse die Spermienproduktion wieder aufnehmen konnte. Obwohl die Spermienproduktion weniger effizient war als bei frischen oder erst kürzlich eingefrorenen Proben, ist der Befund bedeutsam und stützt die mögliche klinische Nutzung langfristig gelagerten Gewebes.
Der zentrale Befund war, dass Spermatogonienstammzellen (SSCs) im Hodengewebe auch nach langem Einfrieren das Potenzial behalten können, in vivo zu funktionieren. Dies könnte künftig Optionen zur Fertilitätsprotektion für Kinder eröffnen, deren Fruchtbarkeit durch eine Chemotherapie oder Bestrahlung wegen einer Krebserkrankung beeinträchtigt wird.
Überleben, Erholung und Spermienproduktion nach extremer Lagerung
Das Team verwendete Hodengewebe von Sprague-Dawley-Ratten. Die Proben wurden in eine kurzfristig eingefrorene Gruppe mit einer Lagerungsdauer von weniger als 4 Monaten und eine langfristig eingefrorene Gruppe mit einer Lagerungsdauer von mehr als 23 Jahren aufgeteilt. Das gesamte Gewebe wurde bei extrem niedrigen Temperaturen in flüssigem Stickstoff aufbewahrt.
Die Forschenden isolierten anschließend die SSCs und transplantierten sie in die Hoden von Mäusen, denen eigene Keimzellen fehlten. So ließ sich die Spermienbildungskapazität der transplantierten Zellen ohne Beeinflussung durch Keimzellen des Wirts untersuchen.
Die Ergebnisse zeigten:
Frische, kurzfristig eingefrorene und langfristig eingefrorene Proben bildeten in den Mäusen allesamt spermatogene Kolonien und leiteten damit wirksam die Spermatogenese ein.
Die langfristig eingefrorene Gruppe bildete jedoch deutlich weniger Kolonien, und bei einigen war die Differenzierung angehalten: Die Spermatogenese stoppte in einem unreifen Stadium, ohne reife Spermien hervorzubringen.
Zur Untersuchung der Unterschiede in der Genexpression zwischen den Gruppen wurde eine Einzelzell-RNA-Sequenzierung eingesetzt. Die Forschenden stellten fest:
Gefrorene Proben wiesen unabhängig von der Lagerungsdauer deutliche Unterschiede in der Genexpression gegenüber frischem Gewebe sowie typische Anzeichen einer Kryoschädigung auf.
In langfristig eingefrorenen Proben blieben Signalwege der Stammzellen aktiv, die Differenzierungssignale waren jedoch beeinträchtigt. Die Zellen behielten stammzellähnliche Eigenschaften, konnten sich aber weniger gut zu reifen Spermien entwickeln.
Spermatogonienstammzellen: Die Grundlage künftiger Fruchtbarkeit bewahren
SSCs sind seltene, aber entscheidende Zellen mit lebenslanger Fähigkeit zur Selbsterneuerung und Spermienproduktion. Vor der Pubertät produzieren Kinder noch keine Spermien, ihre Hoden enthalten jedoch bereits SSCs. Theoretisch könnten diese Zellen entnommen, eingefroren und später transplantiert werden, um die Fruchtbarkeit zu erhalten.
In dieser Studie wurde untersucht, ob sich SSCs nach extrem langem Einfrieren erholen können. Außerdem wurde die seit Langem offene Frage behandelt, ob die Lagerungsdauer das künftige Fruchtbarkeitspotenzial begrenzt.
Präklinische Evidenz aus nichtmenschlichen Primaten
Obwohl in dieser Studie Nagetiermodelle verwendet wurden, ist das Konzept bereits bei höher entwickelten Tieren weiterentwickelt worden. Frühere Versuche an Rhesusaffen zeigten, dass transplantiertes Hodengewebe Spermien produzieren und sogar zu Nachkommen führen konnte.
Diese Fortschritte deuten auf ein Potenzial für die künftige klinische Übertragung hin, insbesondere für Kinder, die vor einer Krebsbehandlung keine Spermien einfrieren lassen können. Damit könnte sich nach der Genesung ein möglicher Weg zur biologischen Vaterschaft eröffnen.
Einschränkungen und Ausblick: Die Lagerungsdauer beeinflusst die Qualität
Die Forschenden stellten fest, dass SSCs, die 23 Jahre eingefroren waren, zwar erfolgreich reaktiviert wurden, die geringere Effizienz der Spermienproduktion und die beeinträchtigte Differenzierung jedoch wichtige Bedenken bleiben. Künftige Protokolle am Menschen müssen die Auswirkungen der Lagerungsdauer berücksichtigen und die Verfahren zum Einfrieren und zur Erholung verbessern.
Wichtiger noch: Derzeit gibt es keine zuverlässige Methode, menschliche SSCs auf klinisch ausreichende Mengen zu vermehren. Dies ist ein zentraler Bereich, der weiterer Forschung bedarf.
Zusammenfassung
Diese von Whelan und Kollegen geleitete Studie (DOI: 10.1371/journal.pbio.3001618) zeigte erstmals eindeutig, dass Hodengewebe seine Fähigkeit zur Spermienproduktion auch nach extrem langem Einfrieren behalten kann, obwohl die Funktion teilweise eingeschränkt ist.
Die Ergebnisse erweitern das Verständnis der Grenzen bei der Lagerung von Fertilitätsgewebe und geben Hoffnung auf die Fertilitätsprotektion bei Krebserkrankungen im Kindesalter. Sie weisen auf eine mögliche künftige klinische „Zeitkapsel“ für die Fruchtbarkeit hin.
News | Gefrorenes Hodengewebe produziert nach 23 Jahren Spermien und eröffnet Überlebenden von Krebs im Kindesalter neue Hoffnung auf Fruchtbarkeit
Nachrichten | Gefrorenes Hodengewebe produziert nach 23 Jahren Spermien und gibt Überlebenden von Krebs im Kindesalter neue Hoffnung auf Fruchtbarkeit
Eine wegweisende Studie der University of Pennsylvania und weiterer Einrichtungen, veröffentlicht in PLoS Biology, ergab, dass Hodengewebe von Ratten, das länger als 23 Jahre eingefroren war, nach der Transplantation in unfruchtbare Mäuse die Spermienproduktion wieder aufnehmen konnte. Obwohl die Spermienproduktion weniger effizient war als bei frischen oder erst kürzlich eingefrorenen Proben, ist der Befund bedeutsam und stützt die mögliche klinische Nutzung langfristig gelagerten Gewebes.
Der zentrale Befund war, dass Spermatogonienstammzellen (SSCs) im Hodengewebe auch nach langem Einfrieren das Potenzial behalten können, in vivo zu funktionieren. Dies könnte künftig Optionen zur Fertilitätsprotektion für Kinder eröffnen, deren Fruchtbarkeit durch eine Chemotherapie oder Bestrahlung wegen einer Krebserkrankung beeinträchtigt wird.
Überleben, Erholung und Spermienproduktion nach extremer Lagerung
Das Team verwendete Hodengewebe von Sprague-Dawley-Ratten. Die Proben wurden in eine kurzfristig eingefrorene Gruppe mit einer Lagerungsdauer von weniger als 4 Monaten und eine langfristig eingefrorene Gruppe mit einer Lagerungsdauer von mehr als 23 Jahren aufgeteilt. Das gesamte Gewebe wurde bei extrem niedrigen Temperaturen in flüssigem Stickstoff aufbewahrt.
Die Forschenden isolierten anschließend die SSCs und transplantierten sie in die Hoden von Mäusen, denen eigene Keimzellen fehlten. So ließ sich die Spermienbildungskapazität der transplantierten Zellen ohne Beeinflussung durch Keimzellen des Wirts untersuchen.
Die Ergebnisse zeigten:
Frische, kurzfristig eingefrorene und langfristig eingefrorene Proben bildeten in den Mäusen allesamt spermatogene Kolonien und leiteten damit wirksam die Spermatogenese ein.
Die langfristig eingefrorene Gruppe bildete jedoch deutlich weniger Kolonien, und bei einigen war die Differenzierung angehalten: Die Spermatogenese stoppte in einem unreifen Stadium, ohne reife Spermien hervorzubringen.
Zur Untersuchung der Unterschiede in der Genexpression zwischen den Gruppen wurde eine Einzelzell-RNA-Sequenzierung eingesetzt. Die Forschenden stellten fest:
Gefrorene Proben wiesen unabhängig von der Lagerungsdauer deutliche Unterschiede in der Genexpression gegenüber frischem Gewebe sowie typische Anzeichen einer Kryoschädigung auf.
In langfristig eingefrorenen Proben blieben Signalwege der Stammzellen aktiv, die Differenzierungssignale waren jedoch beeinträchtigt. Die Zellen behielten stammzellähnliche Eigenschaften, konnten sich aber weniger gut zu reifen Spermien entwickeln.
Spermatogonienstammzellen: Die Grundlage künftiger Fruchtbarkeit bewahren
SSCs sind seltene, aber entscheidende Zellen mit lebenslanger Fähigkeit zur Selbsterneuerung und Spermienproduktion. Vor der Pubertät produzieren Kinder noch keine Spermien, ihre Hoden enthalten jedoch bereits SSCs. Theoretisch könnten diese Zellen entnommen, eingefroren und später transplantiert werden, um die Fruchtbarkeit zu erhalten.
In dieser Studie wurde untersucht, ob sich SSCs nach extrem langem Einfrieren erholen können. Außerdem wurde die seit Langem offene Frage behandelt, ob die Lagerungsdauer das künftige Fruchtbarkeitspotenzial begrenzt.
Präklinische Evidenz aus nichtmenschlichen Primaten
Obwohl in dieser Studie Nagetiermodelle verwendet wurden, ist das Konzept bereits bei höher entwickelten Tieren weiterentwickelt worden. Frühere Versuche an Rhesusaffen zeigten, dass transplantiertes Hodengewebe Spermien produzieren und sogar zu Nachkommen führen konnte.
Diese Fortschritte deuten auf ein Potenzial für die künftige klinische Übertragung hin, insbesondere für Kinder, die vor einer Krebsbehandlung keine Spermien einfrieren lassen können. Damit könnte sich nach der Genesung ein möglicher Weg zur biologischen Vaterschaft eröffnen.
Einschränkungen und Ausblick: Die Lagerungsdauer beeinflusst die Qualität
Die Forschenden stellten fest, dass SSCs, die 23 Jahre eingefroren waren, zwar erfolgreich reaktiviert wurden, die geringere Effizienz der Spermienproduktion und die beeinträchtigte Differenzierung jedoch wichtige Bedenken bleiben. Künftige Protokolle am Menschen müssen die Auswirkungen der Lagerungsdauer berücksichtigen und die Verfahren zum Einfrieren und zur Erholung verbessern.
Wichtiger noch: Derzeit gibt es keine zuverlässige Methode, menschliche SSCs auf klinisch ausreichende Mengen zu vermehren. Dies ist ein zentraler Bereich, der weiterer Forschung bedarf.
Zusammenfassung
Diese von Whelan und Kollegen geleitete Studie (DOI: 10.1371/journal.pbio.3001618) zeigte erstmals eindeutig, dass Hodengewebe seine Fähigkeit zur Spermienproduktion auch nach extrem langem Einfrieren behalten kann, obwohl die Funktion teilweise eingeschränkt ist.
Die Ergebnisse erweitern das Verständnis der Grenzen bei der Lagerung von Fertilitätsgewebe und geben Hoffnung auf die Fertilitätsprotektion bei Krebserkrankungen im Kindesalter. Sie weisen auf eine mögliche künftige klinische „Zeitkapsel“ für die Fruchtbarkeit hin.
Quelle:
Online zusammengetragen