Behandlung von Unfruchtbarkeit: Verwandlung einer Hautzelle in eine Eizelle, die lebensfähige Embryonen produzieren kann

Neue Forschungsergebnisse beschreiben die Wissenschaft hinter einer vielversprechenden Technik zur Behandlung von Unfruchtbarkeit, bei der eine Hautzelle in eine Eizelle verwandelt wird, die lebensfähige Embryonen produzieren kann. Diese Technik könnte bei Frauen im fortgeschrittenen Alter oder bei jenen eingesetzt werden, die aufgrund einer früheren Krebsbehandlung oder aus anderen Gründen keine lebensfähigen Eizellen produzieren können. Sie eröffnet auch die Möglichkeit, dass Männer in gleichgeschlechtlichen Beziehungen Kinder bekommen, die genetisch mit beiden Elternteilen verwandt sind. Die Studie wurde in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Technik, die zu Embryonen mit Chromosomen beider Elternteile führt

Forscher der OHSU (Oregon Health & Science University) dokumentierten die In-vitro-Gametogenese (IVG) in einem Mausmodell durch die vorbereitenden Schritte einer Technik, die auf der Übertragung des Kerns einer Hautzelle in eine gespendete Eizelle beruht, deren Kern entfernt wurde. Bei Experimenten mit Mäusen brachten die Forscher den Zellkern der Hautzelle dazu, seine Chromosomen um die Hälfte zu reduzieren, so dass er anschließend von einer Samenzelle befruchtet werden konnte, um einen lebensfähigen Embryo zu erzeugen.

Anstatt zu versuchen, induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) in Spermien oder Eizellen zu differenzieren, konzentrieren sich die Forscher der OHSU auf eine Technik, die auf dem somatischen Zellkerntransfer basiert, bei dem ein Zellkern der Haut in eine Spendereizelle transplantiert wird, der der Zellkern entfernt wurde. Im Jahr 1996 klonten Forscher mit dieser Technik in Schottland ein Schaf namens Dolly. In diesem Fall schufen die Forscher einen Klon eines Elternteils.

Im Gegensatz dazu beschreibt die OHSU-Studie das Ergebnis einer Technik, die zu Embryonen mit Chromosomen beider Elternteile führt. Das Verfahren umfasst drei Schritte: Die Forscher verpflanzen den Zellkern einer Mäusehautzelle in ein Mausei, dem der eigene Zellkern entnommen wurde. Angeregt durch das Zytoplasma – die Flüssigkeit, mit der die Zellen gefüllt sind – in der Spendereizelle, wirft der implantierte Hautzellkern die Hälfte seiner Chromosomen ab. Der Prozess ähnelt der Meiose, bei der sich Zellen teilen, um reife Spermien oder Eizellen zu produzieren. Dies ist der entscheidende Schritt, der zu einer haploiden Eizelle mit einem einzigen Chromosomensatz führt. Anschließend befruchten die Forscher die neue Eizelle mit Spermien, ein Verfahren, das als In-vitro-Fertilisation bezeichnet wird. Auf diese Weise entsteht ein diploider Embryo mit zwei Chromosomensätzen, was letztlich zu gesunden Nachkommen führt, die von beiden Elternteilen den gleichen genetischen Beitrag erhalten.

Viele schädliche genetische und epigenetische Veränderungen können dadurch verhindert werden

OHSU-Forscher hatten den Nachweis des Konzepts bereits in einer im Januar 2022 veröffentlichten Studie erbracht, aber die neue Studie geht noch weiter, indem sie die Chromosomen akribisch sequenziert. Die Forscher fanden heraus, dass der Zellkern der Hautzelle seine Chromosomen jedes Mal trennte, wenn er in die Spendereizelle implantiert wurde. In seltenen Fällen geschah dies in perfekter Weise, mit einem von jedem Paar übereinstimmender Ei- und Spermachromosomen. In der nächsten Phase dieser Forschung will man herausfinden, wie diese Paarung verbessern werden kann, damit sich jedes Chromosomenpaar korrekt trennt.

Labors auf der ganzen Welt beschäftigen sich mit einer anderen Technik der IVG, die einen zeitintensiven Prozess der Reprogrammierung von Hautzellen zu iPSCs und deren anschließende Differenzierung zu Ei- oder Samenzellen beinhaltet. Die OHSU-Forscher überspringen den gesamten Schritt der Zellreprogrammierung. Der Vorteil dieser  Technik besteht darin, dass sie die lange Kulturzeit vermeidet, die für die Reprogrammierung der Zelle erforderlich ist. Über mehrere Monate hinweg können viele schädliche genetische und epigenetische Veränderungen stattfinden. Obwohl die Forscher die Technik auch an menschlichen Eiern und frühen Embryonen untersuchen, wird es laut ihnen noch Jahre dauern, bis die Technik für den klinischen Einsatz bereit sein wird.

Alle Forschungsarbeiten an der OHSU, bei denen Tiere zum Einsatz kommen, müssen vom Institutional Animal Care and Use Committee der Universität geprüft und genehmigt werden. Die Priorität des IACUC besteht darin, die Gesundheit und Sicherheit von Versuchstieren zu gewährleisten. Das IACUC überprüft auch die Verfahren zur Gewährleistung der Gesundheit und Sicherheit der Personen, die mit den Tieren arbeiten. Ohne die Genehmigung des IACUC dürfen an der OHSU keine Arbeiten an lebenden Tieren durchgeführt werden.