¿Es ético crear espermatozoides en el laboratorio?

Fuente: http://www.elmundo.es/salud/2016/02/26/56d0205522601dc4778b4585.html

Por ahora, sólo se ha logrado la 'fabricación' de esperma en roedores.

¿Es lo mismo crear un riñón de laboratorio para llegar algún día a prescindir de los traplantes que fabricar espermatozoides para solventar la infertilidad? La capacidad única de nuestros gametos (óvulos y espermatozoides) de dar lugar a una nueva vida implica ciertas connotaciones éticas en este tipo de avances científicos que no aparecen cuando se trata de otros tejidos del organismo.

Un artículo en la revista Cell Stem Cell ha demostrado que es posible crear espermatozoides en el laboratorio a partir de una célula embrionaria cultivada en unas condiciones muy específicas. Los gametos obtenidos por un grupo de científicos chinos han dado lugar a una camada de seis crías sanas y fértiles a su vez. ¿Sería ético un planteamiento así en humanos para parejas estériles? ¿Justifica en este caso el fin los medios?

Isabel Viladomiu, expresidenta de la Asociación Catalana de Estudios Bioéticos, plantea abiertamente sus dudas sobre lo que llama "dominar la naturaleza en el laboratorio". A su juicio, este tipo de experimentos vulneran la dignidad humana y se pregunta por qué no se invierte el mismo esfuerzo en tratar de estudiar las causas de la infertilidad que en revertirla con estos 'atajos'.

"Éste es otro paso más hacia el dominio de la vida. ¿Cuál va a ser el final? No lo sé", se pregunta esta especialista en Bioética que representa la visión más contraria a este tipo de avances.

También Montse Esquerda, directora del Instituto Borja de Bioética, señala que uno de los primeros límites que se plantea la biociencia es si algo es factible en humanos. Ya hace 20 años, recuerda, cuando los primeros estudios se publicaron en la revista Nature, "uno de las dudas más generalizadas es que no se puede experimentar mezclando material genético entre especies". Si para replicar el trabajo chino en humanos fuesen necesario por tanto recurrir a células de ratón, la opción no sólo no sería ética, sino que está incluso legalmente prohibida en la mayoría de países.

Más proclive se muestra el doctor Alfonso de la Fuente, ginecólogo y director médico del Instituto Europeo de Fertilidad (en Madrid). Para este especialista, miembro de la Sociedad Española de Fertilidad, no cree "que sea muy diferente crear un cardiomiocito que un espermatozoide. Sencillamente aprovechamos la tecnología para diferenciar células madre pluripotenciales con el fin de tratar una enfermedad". Porque como él mismo recuerda, la propia Organización Mundial de la Salud (OMS) considera la infertilidad una enfermedad. "Claro que no compromete la vida del paciente, ni es tan grave como un proceso oncológico", admite.

A su juicio, el único obstáculo ético del estudio sería la utilización de células embrionarias, que obligan a destruir el embrión para iniciar la investigación. Sin embargo, como coincide con los autores del estudio, es más que probable que las llamadas células iPS (células, por ejemplo, de la piel, reprogramadas hacia un estadio embrionario) puedan tener la misma capacidad de transformación.

"La investigación con células madre embrionarias está derivando prácticamente en su totalidad hacia las células madre adultas, con muy buenos resultados", concluye.

Esperma de laboratorio produce crías de ratón sanas y fértiles

Fuente: http://www.agenciasinc.es/Noticias/Esperma-de-laboratorio-produce-crias-de-raton-sanas-y-fertiles

Los tratamientos para la infertilidad masculina podrían mejorar en el futuro gracias a una nueva técnica desarrollada por científicos chinos con la que se ha conseguido esperma funcional a partir de células madre embrionarias de roedores. Los investigadores utilizaron después este esperma para obtener descendencia viable mediante fecundación in vitro.

Ratones de 12 meses nacidos del esperma creado en el laboratorio a partir de células madre.

Un equipo de científicos de la Universidad Médica de Nanjing (China) ha logrado convertir células madre embrionarias de ratones en esperma funcional con el que luego se ha logrado descendencia con técnicas de reproducción in vitro. El trabajo, cuyos resultados se han publicado en el último número de la revista Cell Stem Cell, proporciona una plataforma para tratar en el futuro la infertilidad masculina humana, según los autores. 

La infertilidad afecta hasta a un 15% de las parejas, y en un tercio de los casos está ligada a los hombres. Una de las principales causas es el fallo de las células germinales en los testículos para realizar un tipo de división celular llamado meiosis, que sirve para crear el esperma. 

Hasta hace poco, se habían generado con éxito células germinales a partir de células madre, pero no se había conseguido evaluar por completo su funcionalidad ni proporcionar pruebas de todas las características de la meiosis. Sin embargo, la nueva técnica parece haber superado este obstáculo. 

“Lograr el desarrollo in vitro de las células germinales ha constituido un objetivo fundamental tanto en biología como en medicina reproductiva. Hemos logrado un avance importante gracias a la obtención de esperma funcional en el laboratorio”, declara Jiahao Sha, coautor del estudio. 

Recientemente, un comité de biólogos especializados en reproducción ha establecido un estándar para probar que los principales resultados de la meiosis se han producido en las células germinales artificiales. Por ejemplo, los investigadores deben demostrar que el contenido del ADN nuclear en etapas meióticas específicas es correcto, así como el número de cromosomas y su organización. Además, las células germinales deben ser capaces de desarrollarse y generar descendientes viables. 

“Nuestro método cumple totalmente con los estándares señalados por el comité, así que creemos que esta técnica es muy prometedora para el tratamiento de infertilidad masculina, ya que sintetiza plenamente todas las etapas de la meiosis", dice Sha.

Este gráfico representa el proceso llevado a cabo en el laboratorio para generar el esperma a partir de células madre embrionarias de ratones.

Para lograr su objetivo, el equipo expuso las células madre a una mezcla química para convertirlas en células germinales primordiales. A continuación, los investigadores imitaron las condiciones del tejido natural de estas células al exponerlas a células testiculares y hormonas sexuales como la testosterona. 

En estas condiciones biológicamente relevantes, las células germinales se sometieron a la meiosis completa, dando lugar a células de esperma con ADN nuclear y contenido cromosómico correctos. 

Para proporcionar una prueba definitiva de la meiosis –acorde a los estándares del comité–, los investigadores inyectaron estas células de esperma en óvulos de ratonas y después transfirieron los embriones a las hembras. Como resultado, estos embriones se desarrollaron con normalidad y se convirtieron en crías sanas y fértiles. 

En futuros estudios, los investigadores planean utilizar su descubrimiento para examinar los mecanismos moleculares que controlan la meiosis. También probarán esta técnica en otros animales como los primates antes de su estudio en humanos. 

Sin embargo, antes deberán ser descartados los posibles riesgos y se deberán considerar todas las implicaciones éticas relacionadas con el uso de células embrionarias. 

“Si este método demuestra ser seguro y eficaz en seres humanos, nuestra plataforma podría generar espermatozoides completamente funcionales para la inseminación artificial o la fertilización in vitro”, apunta Sha. 

“Debido a que los tratamientos actuales no funcionan para muchas parejas, esperamos que nuestra propuesta pueda mejorar sustancialmente las tasas de éxito para la infertilidad masculina”, concluye.

Referencia bibliográfica:

Xiao-Yang Zhao, Jiahao Sha, Qi Zhou et al. “Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells In Vitro”. Cell Stem Cell 18(1-11) DOI: 10.1016/j.stem.2016.01.017. 25 de febrero de 2016

Fabrican por vez primera células humanas que se convierten en óvulos y espermatozoides

Fuente: http://www.abc.es/salud/noticias/20141226/abci-celulas-madre-laborartorio-vida-201412261339.html

La información obtenida permitirá avanzar en la comprensión de las enfermedades asociadas con el envejecimiento.

Este es un 'embrioide' en el inicio de la aparición de células positivas sox17 (células verdes), que representan el nacimiento del linaje celular germinal humano

Científicos de la Universidad de Cambridge y del Instituto Weizmann han creado por vez primera células germinales primordiales -células que pueden convertirse en óvulos y espermatozoides- utilizando células madre embrionarias humanas. Es la primera vez que se hace en humanos, aunque ya se había logrado utilizando células madre de roedores. El estudio se publica en la revista «Cell».

Cuando un óvulo es fecundado por un espermatozoide éste comienza a dividirse en un grupo de células conocidas como blastocistos, que es la etapa previa al embrión. Dentro de esta ‘bola’ de células, algunas células forman la masa celular interna -que se desarrollará en el feto- y otras forman la pared exterior, que se convertirá en la placenta. A continuación, las células de la masa celular interna se reprograman para que se conviertan en células madre, es decir, en células que tienen el potencial de convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo. Y únicamente un pequeño número de dichas células se convierten en células germinales primordiales, que poseen el potencial de convertirse en células germinales (espermatozoides y óvulos), que son las encargadas de trasferir la información genética de la descendencia a su propia descendencia en el futuro.

«La creación de células germinales primordiales es uno de los primeros acontecimientos que ocurre durante el desarrollo embrionario de los mamíferos», explica Naoko Irie, autor del trabajo y profesor del Instituto Gurdon Wellcome del Cáncer del Reino Unido en la Universidad de Cambridge. «Es una etapa que hemos logrado recrear utilizando células madre de ratones y ratas, pero hasta ahora pocos estudios han hecho esto utilizando sistemáticamente las células madre humanas. Y así hemos encontrado importantes diferencias entre el desarrollo embrionario de los humanos y el de los roedores, por lo que los resultados en ratones y las ratas no pueden extrapolarse directamente a los seres humanos».

Los investigadores encontraron que el gen SOX17 es fundamental para hacer que las células madre humanas se conviertan en PGC, una etapa conocida como ‘especificación’. Sin embargo, el equivalente de este gen del ratón no está involucrado en el proceso, lo que sugiere una diferencia clave entre el ratón y el desarrollo humano. Hasta ahora se sabía que SOX17 participaba en la programación de las células madre para que se convirtieran en células endodérmicas, que posteriormente se transforman en células del pulmón, intestino y el páncreas, pero esta es la primera vez que se ha visto su función en la etapa de ‘especificación’ de PGC.

Además los científicos han visto que también es posible inducir células PGC a partir de células adultas reprogramadas, como las células de la piel, lo que permitirá investigaciones sobre células específicas del paciente para avanzar en el conocimiento de la línea germinal, la infertilidad y los tumores de células germinales humanas.

La investigación también tiene implicaciones para la comprensión del proceso de la herencia ‘epigenética’. Aunque desde hace tiempo se sabe que nuestro medio ambiente, por ejemplo la dieta o hábitos de fumar, puede afectar a nuestros genes a través de un proceso conocido como metilación y que estos patrones de metilación se pueden transmitir a la descendencia, ahora han demostrado que durante la etapa de especificación PGC, se inicia un programa para borrar estos patrones de metilación. Sin embargo, los rastros de estos patrones pueden ser heredados, aunque aún no está claro por qué ocurre.

«Las células germinales son ‘inmortales’ en el sentido de que proporcionan un vínculo duradero entre todas las generaciones, es decir, llevan la información genética de una generación a la siguiente», explican los investigadores. La información obtenida en el estudio, añaden, es de sumo interés para avanzar en la comprensión de las enfermedades asociadas con el envejecimiento, que en parte podrían estar causadas por mutaciones epigenéticas acumulativas.

Según Jacob Hanna, del  Instituto Weizmann, «tener la capacidad de crear PGC humanas en el laboratorio nos permitirá investigar el proceso de diferenciación en el nivel molecular». Por ejemplo, señala, «hemos visto que las células ‘naive’ pueden convertirse en las células germinales primordiales, pero que después de una semana en condiciones convencionales de crecimiento pierden esta capacidad. Y nos gustaría saber por qué: ¿Qué hay en los estados de células madre humanas que las hace más o menos competentes? Son las respuestas a estas preguntas básicas las que, en última instancia, hacen avanzar la tecnología de células iPS hasta su uso médico».

Human primordial cells created in the lab

Fuente: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-12/wios-hpc121814.php

A cell programming technique developed at the Weizmann Institute turns them into the earliest precursors of sperm and ova.

Groups at the Weizmann Institute of Science and Cambridge University have jointly managed the feat of turning back the clock on human cells to create primordial germ cells - the embryonic cells that give rise to sperm and ova - in the lab. This is the first time that human cells have been programmed into this early developmental stage. The results of their study, which were published in Cell, could help provide answers as to the causes of fertility problems, yield insight into the earliest stages of embryonic development and potentially, in the future, enable the development of new kinds of reproductive technology.

"Researchers have been attempting to create human primordial germ cells (PGCs) in the petri dish for years," says Dr. Jacob Hanna of the Institute's Molecular Genetics Department, who led the study together with research student Leehee Weinberger. PGCs arise within the early weeks of embryonic growth, as the embryonic stem cells in the fertilized egg begin to differentiate into the very basic cell types. Once these primordial cells become "specified," they continue developing toward precursor sperm cells or ova "pretty much on autopilot," says Hanna. The idea of creating these cells in the lab took off with the 2006 invention of induced pluripotent stem (iPS) cells - adult cells that are "reprogrammed" to look and act like embryonic stem cells, which can then differentiate into any cell type. Thus several years ago, when researchers in Japan created mouse iPS cells and then got them to differentiate into PGCs, scientists immediately set about trying to replicate the achievement in human cells. But until now, none had been successful.

These are clusters of human embryonic stem cells that were differentiated to an early germ cell (PGC) state (colored cells). Each color reveals the expression of a different gene. (l-r) NANOS3, NANOG, OCT4 and, on the right, all three combined in a single image.

Previous research in Hanna's lab pointed to new methods that could take human cells to the PGC state. That research had focused on the question of how human iPS cells and mouse embryonic cells differ: The mouse embryonic cells are easily kept in their stem cell state in the lab, while human iPS cells that have been reprogrammed - a technique that involves the insertion of four genes - have a strong drive to differentiate, and they often retain traces of "priming." Hanna and his group then created a method for tuning down the genetic pathway for differentiation, thus creating a new type of iPS cell that they dubbed "naïve cells." These naïve cells appeared to rejuvenate iPS cells one step further, closer to the original embryonic state from which they can truly differentiate into any cell type. Since these naïve cells are more similar to their mouse counterparts, Hanna and his group thought they could be coaxed to differentiate into primordial germ cells.

Working with naïve human embryonic stem and iPS cells, and applying the techniques that had been successful in the mouse cell experiments, the research team managed to produce cells that, in both cases, appeared to be identical to human PGCs. Together with the lab group of Prof. Azim Surani of Cambridge University, the scientists further tested and refined the method jointly in both labs. By adding a glowing red fluorescent marker to the genes for PGCs, they were able to gauge how many of the cells had been programmed. Their results showed that quite a high rate - up to 40% - had become PGCs; this quantity enables easy analysis. 

Hanna points out that PGCs are only the first step in creating human sperm and ova. A number of hurdles remain before labs will be able to complete the chain of events that move an adult cell through the cycle of embryonic stem cell and around to sperm or ova. For one, at some point in the process, these cells must learn to perform the neat trick of dividing their DNA in half before they can become viable reproductive cells. Still, he is confident that those hurdles will one day be overcome, raising the possibility, for example, of enabling women who have undergone chemotherapy or premature menopause to conceive.

In the meantime, the study has already yielded some interesting results that may have significant implications for further research on PGCs and possibly other early embryonic cells. The team managed to trace part of the genetic chain of events that directs a stem cell to differentiate into a primordial germ cell, and they discovered a master gene, Sox17, that regulates the process in humans, but not in mice. Because this gene network is quite different from the one that had been identified in mice, the researchers suspect that more than a few surprises may await scientists who study the process in humans.

Hanna: "Having the ability to create human PGCs in the petri dish will enable us to investigate the process of differentiation on the molecular level. For example, we found that only 'fresh' naïve cells can become PGCs; but after a week in conventional growth conditions they lose this capability once again. We want to know why this is. What is it about human stem cell states that makes them more or less competent? And what exactly drives the process of differentiation once a cell has been reprogrammed to its more naïve state? It is the answers to these basic questions that will, ultimately, advance iPS cell technology to the point of medical use."

###

This collaborative project was made possible by a grant from BIRAX Britain Israel Research and Academic Exchange Partnership - Regenerative Medicine Initiative.

Dr. Jacob Hanna's research is supported by Pascal and Ilana Mantoux, France/Israel; the New York Stem Cell Foundation, the Flight Attendant Medical Research Institute (FAMRI), the Israel Cancer Research Fund (ICRF), the Helen and Martin Kimmel Award for Innovative Investigation, the Benoziyo Endowment Fund for the Advancement of Science; the Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust; the Sir Charles Clore Research Prize; Erica A. Drake and Robert Drake; the Abisch Frenkel Foundation for the Promotion of Life Sciences; the European Research Council; the Israel Science Foundation, and the Fritz Thyssen Stiftung. Dr. Hanna is a New York Stem Cell Foundation-Robertson Investigator.

The Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel, is one of the world's top-ranking multidisciplinary research institutions. Noted for its wide-ranging exploration of the natural and exact sciences, the Institute is home to scientists, students, technicians and supporting staff. Institute research efforts include the search for new ways of fighting disease and hunger, examining leading questions in mathematics and computer science, probing the physics of matter and the universe, creating novel materials and developing new strategies for protecting the environment.

Weizmann Institute news releases are posted on the World Wide Web at http://wis-wander.weizmann.ac.il/, and are also available at http://www.eurekalert.org/

Identifying the source of stem cells

Fuente: http://www.sciencecodex.com/identifying_the_source_of_stem_cells-144568

When most animals begin life, cells immediately begin accepting assignments to become a head, tail or a vital organ. However, mammals, including humans, are special. The cells of mammalian embryos get to make a different first choice – to become the protective placenta or to commit to forming the baby.

It's during this critical first step that research from Michigan State University has revealed key discoveries. The results, published in the current issue of PLOS Genetics, provide insights into where stem cells come from, and could advance research in regenerative medicine. And since these events occur during the first four or five days of human pregnancy, the stage in which the highest percentage of pregnancies are lost, the study also has significant implications for fertility research.

Pluripotent stem cells can become any cell in the body and can be created in two ways. First, they can be produced when scientists reprogram mature adult cells. Second, they are created by embryos during this crucial four-day window of a mammalian pregnancy. In fact, this window is uniquely mammalian, said Amy Ralston, MSU assistant professor of biochemistry and molecular biology, and lead author on the study.

"Embryos make pluripotent stem cells with 100 percent efficiency," she said. "The process of reprogramming cells, manipulating our own cells to become stem cells, is merely 1 percent efficient. Embryos have it figured out, and we need to learn how they're doing it."

The researchers' first discovery is that in mouse embryos, the gene, Sox2, appears to be acting ahead of other genes traditionally identified as playing crucial roles in stem cell formation. Simply put, this gene could determine the source of stem cells in mammals. Now researchers are trying to decipher why Sox2 is taking the lead role.

Amy Ralston, MSU biochemist and molecular biologist, has identified a possible source of stem cells, which can advance regenerative and fertility research.

"Now we know Sox2 is the first indicator that a cell is pluripotent," Ralston said. "In fact, Sox2 may be the pre-pluripotent gene. We show that Sox2 is detectable in just one or two cells of the embryo earlier than previously thought, and earlier than other known stem cell genes."

The second discovery is that Sox2 has broader influence than initially thought. The gene appears to help coordinate the cells that make the fetus and the other cells that establish the pregnancy and nurture the fetus.

Future research will focus on studying exactly why Sox2 is playing this role. The team has strong insights, but they want to go deeper, Ralston said.

"Reprogramming is amazing, but it's inefficient," she said. "What we've learned from the embryo is how to improve efficiency, a process that could someday lead to generating stem cells for clinical purposes with a much higher success rate."

Source: Michigan State University

Paul Devroey: «La maternidad tardía es un problema global y el gran reto de la fertilidad humana»

Fuente: http://www.abc.es/salud/noticias/20141004/abci-paul-devroey-microinyeccion-espermatica-201410031805.html

El descubridor de la técnica de microinyección espermática afirma que «la congelación de óvulos es la mejor forma de garantizar una maternidad tardía».

Paul Devroey, doctor especialista en fertilidad y creador de la técnica de reproducción

Paul Devroey, director del Centro de Medicina Reproductiva de Bruselas, pasará a los anales de la historia de la medicina reproductiva como el hombre que casi erradicó la infertilidad masculina con el descubrimiento, en 1991, de la microinyección espermática intracitoplasmática, lo que se conoce como ICSI, un tipo de fecundación in vitro mediante el cual se selecciona un único espermatozoide y se introduce directamente dentro del óvulo en el laboratorio. Su arrojo científico y su vasto conocimiento de la materia le sirvieron hace más de 20 años para llegar a la conclusión de que las técnicas de reproducción asistida podrían mejorarse si se seleccionaba previamente a los espermatozoides y se inyectaban de uno en uno en el óvulo (antes se inyectaban varios).

La clave del elevado éxito de su propuesta es, según afirma, "utilizar el mejor espermatozoide en el momento adecuado". Veinte años después del hallazgo, Devroey se enfrenta ahora al gran reto de la fertilidad humana: la maternidad tardía. La mejor forma de asegurar un embarazo sano para la madre y el bebé es, a su juicio, la congelación de óvulos y la óptima preparación del endometrio. El especialista belga ha participado en el acto de conmemoración del 15 aniversario de la Clínica Eugin de Barcelona, líder en Cataluña en reproducción asistida.

-¿Veremos en breve a mujeres de más de 40 años con una baja reserva ovárica que son madres gracias al poder regenerador de las células madre?

-La maternidad tardía es el gran reto actual de la reproducción asistida y un problema global. El uso del poder regenerador de las células madre para conseguir embarazos más allá de los 40 años es algo que está aún en fase de experimentación. La forma más efectiva de alcanzar ese objetivo es hoy en día la congelación de óvulos. A partir de los 40 años las posibilidades de que una mujer se quede embarazada con sus propios óvulos cae en picado, por eso es importante criopreservar tus óvulos cuando eres más joven para poder ser madre cuando decidas de un bebé que tenga tu carga genética.

-¿Cree que debería haberse explicado mejor esta opción a las jóvenes?

-Absolutamente. Las jóvenes tienden a olvidar que su vida reproductiva tiene un límite, posponen la decisión de ser madre y cuando finalmente se deciden su reserva ovárica se ha agotado. Debe explicarse bien que existe esta opción y que ofrece garantías, y eso no se ha explicado lo suficiente desde la comunidad científica ni desde los medios.

-En una reciente entrevista, la doctora Anna Veiga, madre científica del primer bebé probeta de España, aseguraba que el gran paso en reproducción asistida se dará cuando se logren embarazos transfiriendo un solo embrión, ¿comparte esta opción?

-Sí. En muchos países se tiende a la transferencia múltiple de embriones para conseguir tasas de embarazo más elevadas, aunque lo óptimo es optimizar resultados con un sólo embrión tranferido. En Bélgica, a las mujeres de menos de 35 años sólo se les puede transferir un embrión, las tranferencias múltiples únicamente están autorizadas para mujeres que superan esa edad. Sin embargo, ese cambio de mentalidad es lento y muchos países siguen utilizando más de un embrión de forma generalizada.

-¿Cómo se puede mejorar técnicamente el procedimiento y liberar a las mujeres que se someten a un tratamiento in vitro de riesgos como la hiperestimulación ovárica?

-Yo apuesto por fragmentar más el proceso, es decir, en lugar de estimular a la mujer para extraerle los óvulos, inseminarlos para crear los embriones y después transferirlos, yo defiendo que el proceso se alargue unos dos meses. Hacerlo más pausadamente. Es decir, que se realice la estimulación ovárica, se creen los embriones, éstos se congelen, y se transfieran a la mujer cuando su endometrio esté perfectamente preparado. Es una propuesta que cuando la defiendo sigue sorprendiendo, aunque estoy convencido de su efectividad. La ciencia es simple, la clave está en encontrar el momento adecuado. Eso garantiza la eficacia y también el confort de la mujer, que se estresa ante la posibilidad de un embarazo múltiple.

-¿Recuerda qué sensación tuvo cuando gracias a su idea revolucionaria una pareja pudo cumplir su sueño de ser padres?

-Lo que recuerdo claramente y me marcó fue que la hija de esa pareja, la joven que constató por primera vez la eficacia de mi procedimiento, vino a verme cuando cumplió 16 años porque tenía curiosidad por saber cómo había logrado traerla al mundo. Me enterneció el gesto. Fue un orgullo explicárselo.

Scientists identify rare stem cells that hold potential for infertility treatments

Fuente: http://medicalxpress.com/news/2014-09-scientists-rare-stem-cells-potential.html

First author Gina Aloisio, a student in UT Southwestern's Medical Scientist Training Program, and Dr. Diego H. Castrillon, Associate Professor of Pathology and Director of Investigative Pathology. 

Rare stem cells in testis that produce a biomarker protein called PAX7 help give rise to new sperm cells—and may hold a key to restoring fertility, research by scientists at UT Southwestern Medical Center suggests.

Researchers studying infertility in mouse models found that, unlike similar types of cells that develop into sperm, the stem cells that express PAX7 can survive treatment with toxic drugs and radiation. If the findings hold true in people, they eventually could lead to new strategies to restore or protect fertility in men undergoing cancer treatment.

"Unfortunately, many cancer treatments negatively impact fertility, and men who receive such treatments are at high risk of losing their fertility. This is of great concern among cancer patients," said Dr. Diego H. Castrillon, Associate Professor of Pathology and Director of Investigative Pathology. "The PAX7 stem cells we identified proved highly resistant to cancer treatments, suggesting that they may be the cells responsible for the recovery of fertility following such treatments."

Infertility, which the Centers for Disease Control estimates affects as many as 4.7 million men in the United States, is a key complication of cancer treatments, such as chemotherapy and radiation therapy.

The new findings, presented in the Journal of Clinical Investigation, provide valuable insight into the process of sperm development. Known as spermatogenesis, sperm development is driven by a population of "immature" stem cells called progenitors in the testes. These cells gradually "mature" into fully differentiated sperm cells. Dr. Castrillon and his team tracked progenitor cells that express the protein PAX7 in mouse testes, and found that these cells gradually give rise to mature sperm.

"We have long known that male fertility is driven by rare stem cells within the testes, but the precise identity of these stem cells has been disputed," said Dr. Castrillon, who holds the John H. Childers, M.D. Professorship in Pathology. "Our findings suggest that these rare PAX7 cells are the key cells within the testes that are ultimately responsible for male fertility." Importantly, even after exposure to toxic chemotherapy or radiation treatments, the PAX7-expressing cells continued to divide and thus could contribute to restoring sperm development.

Journal reference: Journal of Clinical Investigation

Avances para tratar la infertilidad masculina con células madre

Fuente: http://www.abc.es/salud/noticias/20140502/abci-regeneran-espermatozoides-celulas-madre-201405011403.html

Científicos de EE.UU. logran células precursoras de espermatozoides en tres varones con azoospermia.

Los varones con azoospermia son incapaces de fabricar espermatozoides o cuando lo hacen solo producen unos pocos

«Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo», dijo Arquímedes para explicar que una palanca sería capaz de levantar cualquier peso. En terapia celular se podría hacer casi el mismo juego de palabras. «Dadme un pedazo de piel y regeneraré cualquier tejido». Desde que el japonés Shinya Yamanaka demostró que las células de la piel podrían reprogramarse y convertirse en neuronas, células del corazón, del páncreas o de cualquier órgano se abrió una nueva era en la que se aspira a fabricar células de repuesto a la medida de cada paciente. Y, poco a poco, se están logrando resultados en los laboratorios.

El último experimento con reprogramación celular se publica en la revista «Cell» y demuestra que sería posible generar nuevos espermatozoides a partir de una muestra de piel de un varón.

El avance de la Universidad de Montana (EE.UU.) es el primer paso para devolver la fertilidad a hombres estériles, con azoospermia, la forma más grave de infertilidad. Los varones que tienen azoospermia son incapaces de fabricar espermatozoides o si lo hacen apenas consiguen unos pocos. Para concebir de forma natural se necesita una concentración de más de 20 millones por mililitro.

Los investigadores del Instituto de Medicina Regenerativa de Montana recurrieron a la estrategia que le mereció el nobel al japonés Yamanaka. Así fabricaron células germinales, las precursoras de los espermatozoides. Esta estrategia consiste en tomar una muestra de la piel, aislar sus células y transformarlas en una iPS, una célula pluripotente similar a la embrionaria. Lo hicieron con cinco varones. Tres de ellos tenían un problema genético, una mutación en su cromosoma Y, que les impide fabricar espermatozoides. Los otros dos eran fértiles.

En el experimento, las células iPS de los cinco pacientes se trasplantaron a los testículos de ratones estériles. Una vez inyectadas, las iPS fueron convirtiéndose sin ninguna manipulación en células espermatogénicas o germinales, las precursoras de los espermatozoides. Solo bastó con depositarlas en su ambiente natural. Estas células dejaron de evolucionar antes de convertirse en espermatozoides maduros, probablemente según explican los investigadores, por las diferencias entre los procesos reproductivos entre los seres humanos y los ratones.

La maduración se interrumpió con independencia de que las células procedieran de los voluntarios estériles o fértiles. Sí se comprobó que las iPS de los varones infértiles produjeron menos precursoras de espermatozoides que los voluntarios sanos.

Pese a los inconvenientes, los investigadores declaran sentirse «sorprendidos por la eficiencia» de la técnica. «Podría ser posible trasplantar células germinales derivadas de células madre directamente dentro de los testículos de hombres con problemas para fabricar espermatozoides», aventuró Renee Reijo, una de las investigadoras del Instituto de Medicina Regenerativa involucrada en este trabajo.

Reijo cree que la técnica podría ayudar tanto a varones con azoospermia de origen genético como a hombres estériles por tratamientos del cáncer.

El artículo publicado en «Cell» da esperanzas para pensar que en un futuro la azoospermia no será un freno para ser padre. Y, de momento, ofrece nuevas pistas para entender el proceso de generación de espermatozoides, a contar con un modelo de estudio. «Nuestro sueño es utilizar este modelo para fabricar un mapa genético de diferenciación de células germinales humanas, incluidas algunas en unos estadíos muy tempranos», asegura la investigadora.

Quizá la solución a la esterilidad masculina no sea repetir el proceso ideado para los ratones, sino encontrar un tratamiento eficaz con lo que se aprenda de estos experimentos.

De momento, la reproducción asistida con sus tratamientos de fecundación «in vitro» ofrece alguna solución, no siempre definitiva cuando el problema de infertilidad es masculino. En algunos casos de azoospermia, la ausencia de espermatozoides no es total y se pueden rescatar algunos del testículo para intentar inyectar directamente uno de ellos en el óvulo y fecundarlo. Este proceso se llama microinyección espermática o ICSI.

¿Cuántos espermatozoides se necesitan para que un varón sea fértil?

Cantidad y calidad: En la capacidad de fecundar del espermatozoide influyen muchos factores. No cuenta solo el número. El semen debe tener nutrientes apropiados para alimentar a los espermatozoides que flotan en él y estos deben moverse y contar con una morfología normal

Volumen de eyaculado: de 1,5 a 5 ml.

Número de espermatozoides: Más de 20 millones por mililitro.

Morfología: al menos el 35% debe tener un aspecto normal.

Movilidad: Debe ser mayor del 60%.

Capacidad de avance: Como mínimo +2, en una escala del 1 al 4.

Glóbulos blancos: menos de 1 millón por mililitro de semen.

Hacia los espermatozoides 'de diseño'

Fuente: http://www.elmundo.es/salud/2014/05/01/53615b1822601d7d128b457f.html

La investigación celular puede ayudar a generar una terapia para la infertilidad masculina.

Los logros que se están consiguiendo en el laboratorio con las células madre o con las iPS (células similares a las anteriores y pluripotentes creadas por el Nobel Shinya Yamanaka), son muy numerosos y diversos. Sin embargo, estos éxitos hay que enmarcarlos, de momento, en el contexto de la experimentación y no de su aplicación como terapias. Uno de los últimos ha sido el que han protagonizado investigadores de varias universidades estadounidenses en el que demuestran que a partir de la piel de hombres estériles se pueden obtener células iPS que, inyectadas en testículos de ratones, dan lugar a células germinales, precursoras de espermatozoides.

Este nuevo paso en investigación celular, más que ayudar a generar una terapia para estos varones -algo que todavía no se puede hacer, ya que no hay ningún dato que demuestre que el uso de estas células sea seguro-, será útil para ayudar a explicar las causas genéticas de la infertilidad masculina y ofrecerá una ventana para conocer la biología básica del esperma.

"Nuestros resultados son los primeros en ofrecer un modelo experimental para estudiar el desarrollo del esperma", afirma Renee Reijo Pera del Instituto de Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa y profesora de la Universidad del Estado de Montana (EEUU). "Además, hay potencial para la aplicación de esta terapia celular en la clínica, por ejemplo, para la generación de espermatozoides en un mayor número y de más calidad en el laboratorio", aventura esta prestigiosa investigadora.

Los problemas de fertilidad afectan al 10-15% de las parejas. En un 30% de los casos, el factor masculino es el que está detrás de esta incapacidad para tener hijos. A ese porcentaje hay que unir otro 20% en donde las causas son mixtas: tanto el hombre como la mujer tienen algún problema para concebir. "Hoy en día hay pocos tratamientos para mejorar la calidad del semen y su cantidad. Esta investigación es prometedora, pero todavía preliminar. Habrá que esperar, por lo menos, hasta ver si esta técnica es exitosa en primates", afirma Julio Herrero, coordinador de Reproducción Asistida del Hospital Vall d'Hebron, en Barcelona. Algo que reconoce el mismo equipo de Reijo en su artículo, publicado en la revista Cell Reports, en el que afirman que "se requieren futuros estudios para examinar la eficiencia de este procedimiento en un receptor primate no humano para promover la reconstitución completa de la espermatogénesis".

Porque el experimento en este caso consistió en tomar muestras de la piel de cinco hombres para transformarlas en células madre pluripotentes o iPS. Tres de ellos tenían una mutación genética en su cromosoma Y que les impide producir esperma (tenían azoospermia) y los otros dos eran fértiles. Las células iPS de los cinco fueron transplantadas en los túbulos seminíferos de los testículos de ratones, que previamente habían sido modificados para que fueran estériles.

Lo que comprobaron fue que, una vez inyectadas en los testículos, las iPS se fueron transformando en células madre espermatogénicas, es decir, las precursoras de los espermatozoides. "En este modelo de trasplante, hemos visto la mejor diferenciación a línea germinal que habíamos observado hasta ahora. Estamos sorprendidos por la eficiencia. Nuestro sueño es utilizar este modelo para fabricar un mapa genético de diferenciación de células germinales humanas, incluidas algunas en unos estadíos muy tempranos", adelanta Reijo. Y aunque en el trabajo se comprobó que las iPS de los varones estériles produjeron menos células germinales que las de los hombres fértiles, sí que da esperanza para pensar que, en un futuro, este tipo de esterilidad no sea impedimento para tener hijos.

Si diferenciar células de la piel en otras como neuronas o musculares es algo complicado, lo es mucho más cuando se persigue conseguir espermatozoides u óvulos, como explica Cristina Eguizabal, responsable de la Unidad de Terapia Celular del Centro Vasco de Transfusión y Tejidos Humanos del Servicio Vasco de Salud. "Un gameto sufre una serie de cambios, denominados meiosis, para convertirse en una célula haploide [con 23 cromosomas] a partir de una diploide [con 46 cromosomas]. Esto hace más compleja la diferenciación para estas células que, por ejemplo, para los cardiomiocitos [las del corazón]. También a nivel epigenético, para que sean funcionales requieren de muchos más pasos. Todo esto complica y hace más tediosa la investigación in vitro con estas células, porque además no se conocen muchas cosas sobre los gametos en cuestión de marcadores de diferenciación. El de Reijo es uno de los pocos grupos serios que investiga sobre líneas germinales".

Eguizabal, junto con Juan Carlos Izpisúa y Anna Veiga, publicó en 2011 en la revista Stem Cell un trabajo en este sentido, cuando estaba trabajando en el Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona (CMRB). "En aquel entonces creamos un protocolo para, a partir de iPS, diferenciar líneas germinales masculinas en el laboratorio. Pero ahora, el grupo de Reijo ha dado un paso más: hacerlo in vivo, al inyectarlas en testículos de ratones. Es una prueba de que anidan ahí y de que se diferencian a células madre espermatogénicas, que siguen siendo diploides. Porque no han logrado espermatozoides, ya que el sistema reproductivo del ratón es muy diferente al humano. Pero demuestran que para la diferenciación es muy importante el entorno, el nicho, porque hay señales de otras células cercanas y de hormonas para que las iPS se transformen hacia eso y no hacia otra cosa. Es necesario estar dentro del entorno testicular".

Por su parte, Anna Veiga, directora del Banco de Líneas Celulares del CMRB, destaca que "las iPS son herramientas estupendas para ser modelos de enfermedades. La idea no es intentar encontrar ahora soluciones para la esterilidad sino buscar un modelo de estudio, porque no hay tantas soluciones para varones con problemas de fertilidad. Ahora mismo, los arreglamos pescando los pocos espermatozoides que hay en el testículo, no administrando una terapia para que produzcan más. Este estudio es una herramienta para entender estos problemas y buscar posibles tratamientos pero en un contexto de futuro".

En la misma línea se sitúa José María Vendrell, jefe de la Unidad de Andrología de Salud de la Mujer Dexeus, "éste es un resultado alentador pero, de momento, no cambia la línea de tratamiento de las parejas estériles. Es una expectativa posible para un futuro tratamiento".

En ello insiste la propia investigadora: "Nuestros estudios sugieren que el uso de células madre puede servir como material de inicio para diagnosticar los defectos de las células germinales". Pero también adelanta futuras aplicaciones porque esta técnica tiene "un gran potencial para el tratamiento de personas que por causas genéticas tienen nula o escasa producción de esperma o para los supervivientes a un cáncer que han perdido la capacidad reproductiva debido a tratamientos tóxicos para su gónadas", concluye Reijo.

La azoospermia, trastorno que padecen tres de los participantes de este estudio, se trata de una anomalía que conlleva la inexistencia de espermatozoides en el eyaculado. Se estima que ésta es la causa del 5% de las parejas con problemas de fertilidad. Se produce bien porque los conductos deferentes estén obstruidos o porque haya una causa genética u hormonal. En la primera situación, mediante una biopsia se recupera el esperma del testículo y luego con una técnica de fecundación in vitro se fecunda el óvulo. En cambio, si la causa es genética, "ahora mismo no se hace nada, salvo recurrir a un banco de semen. Ahí es donde este tipo de investigaciones entraría en juego. Pero hay que probar su eficacia y seguridad", explica José María Vendrell, jefe de la Unidad de Andrología de Salud de la Mujer Dexeus.

Las células madre posibilitan el embarazo en pacientes con atrofia endometrial

Fuente: http://www.medicina21.com/Notas_De_Prensa/V7313-Las_celulas_madre_posibilitan_el_embarazo_en_pacientes_con_atrofia_endometrial.html

Hasta hace poco tiempo, las mujeres diagnosticadas de una patología endometrial severa se veían abocadas a la subrogación –vientre de alquiler-, ya que este tipo de afecciones hacían imposible lograr el embarazo, ni tan siquiera mediante tratamientos de reproducción asistida. Hoy en día, y gracias a un estudio realizado por el doctor Xavier Santamaría, director Internacional en IVI Barcelona, se conoce la eficacia de las células madre en la regeneración del tejido endometrial, por lo que el deseo de concebir un hijo en el propio útero es ya una realidad para este tipo de pacientes.

La celebración de esta nueva edición avala el éxito del curso, organizado por IVI Vigo con la colaboración del Colegio Oficial de Médicos de Pontevedra y el Colegio Oficial de Biólogos de Galicia, a lo largo del cual se presentan las conclusiones de este avance, así como otros estudios que abren nuevas vías de investigación científica para el sector reproductivo.

“La aplicación de células madre para regenerar el endometrio supone un gran paso hacia adelante en la medicina reproductiva, ya que nos permitirá ayudar a ser madres a las mujeres con Síndrome de Asherman o atrofia endometrial, patologías muy frecuentes y que ahora es posible combatir. A ello se suma el hecho de que es la primera vez que se utilizan este tipo de células clínicamente en ginecología y obstetricia”, explica el doctor Elkin Muñoz, director de IVI Vigo y coordinador del curso.

El objetivo que persigue este estudio es repoblar el endometrio a partir de células madre de médula ósea de mujeres aquejadas de este tipo de patologías y permitir así en última instancia la implantación de un embrión en pacientes sometidas a tratamientos de reproducción asistida.

En relación a las alteraciones que puede producir la endometriosis, el doctor Raúl Gómez, Investigador del Sistema nacional de Salud bajo el Programa Miguel Servet y del Instituto Universitario IVI/INCLIVA, ha explicado cómo el uso de derivados dopaminérgicos en el tratamiento de la endometriosis augura un futuro prometedor a las mujeres afectadas por esta enfermedad, muchas de las cuales verán perjudicada su calidad ovocitaria y, por ende, sus posibilidades de lograr un embarazo.

“La endometriosis está presente en el 10% de las mujeres en edad reproductiva, llegando incluso a alcanzar una prevalencia del 21% en pacientes sometidas a tratamientos reproductivos, una cifra que evidencia la necesidad de buscar una forma de controlar esta dolencia”, añade el doctor Muñoz.

El doctor Sérgio Soares, director de IVI Lisboa, ha revisado en su ponencia las ventajas del atosiban como medicamento para reducir las contracciones del útero en las transferencias embrionarias.

“Hace más de 15 años que se vienen documentando los efectos negativos de las contracciones del miometrio durante las transferencias embrionarias en los resultados de los ciclos de fecundación in vitro, pero apenas se ha publicado información acerca de cómo evitar dicho problema. Los resultados alcanzados en IVI Lisboa mediante el uso del atosiban en transferencias embrionarias muestran cerca de un centenar de casos que presentan una tasa de gestación clínica por tratamiento aproximada al 60%”, apunta el doctor Soares, autor del estudio.

Vitamin C helps control gene activity in stem cells

Fuente: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-07/uoc--vch070113.php

Vitamin C affects whether genes are switched on or off inside mouse stem cells, and may thereby play a previously unknown and fundamental role in helping to guide normal development in mice, humans and other animals, a scientific team led by UC San Francisco researchers has discovered.

The researchers found that vitamin C assists enzymes that play a crucial role in releasing the brakes that keep certain genes from becoming activated in the embryo soon after fertilization, when egg and sperm fuse.

The discovery might eventually lead to the use of vitamin C to improve results of in vitro fertilization, in which early embryos now are typically grown without the vitamin, and also to treat cancer, in which tumor cells abnormally engage or release these brakes on gene activation, the researchers concluded in a study published in the journal Nature.

In the near term, stem-cell scientists may begin incorporating vitamin C more systematically into their procedures for growing the most healthy and useful stem cells, according to UCSF stem-cell scientist Miguel Ramalho-Santos, PhD, who led the study. In fact, the unanticipated discovery emerged from an effort to compare different formulations of the growth medium, a kind of nutrient broth used to grow mouse embryonic stem cells in the lab.

Rather than building on any previous body of scientific work, the identification of the link between vitamin C and the activation of genes that should be turned on in early development was serendipitous, Ramalho-Santos said. “We bumped into this result,” he said.

Working in Ramalho-Santos’ lab, graduate student Kathryn Blaschke and postdoctoral fellow Kevin Ebata, PhD, were comparing different commercial growth media for mouse stem cells. The researchers began exploring how certain ingredients altered gene activity within the stem cells. Eventually they discovered that adding vitamin C led to increased activity of key enzymes that release the brakes that can prevent activation of an array of genes.

The brakes on gene activation that vitamin C helps release are molecules called methyl groups. These methyl groups are added to DNA at specific points along the genome to prevent specific genes from getting turned on.

During the development of multicellular organisms, humans among them, different patterns of methylation arise in different cells as methyl groups are biochemically attached to DNA at specific points along the genome during successive cell divisions. Normally this gradual methylation, a key part of the developmental program, is not reversible.

But after fertilization and during early development, a class of enzymes called “Tet” acts on a wide array of the methyl groups on the DNA to remove these brakes, so that genes can be activated as needed.

The UCSF researchers demonstrated that Tet enzymes require vitamin C for optimal activity as they act to remove the methyl groups from the DNA and to stimulate gene activity that more faithfully mimics in cultured stem cells what occurs at early stages of development in the mouse embryo.

“Potential roles for vitamin C in the clinic — including in embryo culture media used during in vitro fertilization, which currently do not contain vitamin C, and in cancers driven by aberrant DNA methylation — deserve exploration,” Ramalho-Santos, said.

In addition, scientists previously have found that many adult tissues also have stem cells, which can generate a variety of cell types found within a specific tissue. This raises the possibility that vitamin C might help maintain healthy stem cell populations in the adult, according to Ramalho-Santos.

“Although we did not in this paper address the function of Vitamin C in adult tissues, given the roles that Tet enzymes are now known to play in adult tissues, we anticipate that Vitamin C might also regulate Tet function in the adult,” Ramalho-Santos said. “This remains to be determined.”

Vitamin C already has become a popular supplement in recent decades, and potential health benefits of vitamin C supplementation continue to be investigated in clinical trials. It has been more than 80 years since vitamin C was first recognized as vital to prevent scurvy, a now rare connective-tissue disease caused by the failure of another enzyme that also relies on vitamin C.

The function of vitamin C as an antioxidant to prevent chemical damage is the likely reason why some commercial suppliers of growth media have included it in their products, Ramalho-Santos said, but other antioxidant molecules cannot replace Vitamin C in the enhancement of the activity of Tet enzymes.

Despite its importance, humans, unlike most animals and plants, cannot synthesize their own Vitamin C and must obtain it through their diet. The mouse makes vitamin C, but that fact does not diminish the expectation that the new findings will also apply to human development, according to Ramalho-Santos. Only adult liver cells in the mouse make vitamin C, he said.

Ramalho-Santos now aims to explore the newly discovered phenomenon in the living mouse. “The next step is to study vitamin C and gene expression in vivo,” he said.