Gefrorenes Hodengewebe nach 20 Jahren noch lebensfähig

Aus dem Hodengewebe einer Ratte, das mehr als zwei Jahrzehnte lang eingefroren worden war, entstanden nach Übertragung auf eine unfruchtbare Maus Spermien und Keimzellen. (Bild: Eoin Whelan / PLOS Biology / CC-BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

Die Überlebensrate bei Krebserkrankungen im Kindesalter ist in den letzten Jahrzehnten dramatisch gestiegen, aber eine schwerwiegende Nebenwirkung der Behandlung ist die verminderte Fruchtbarkeit im späteren Leben. Eine mögliche Behandlung für Jungen, die einer Krebsbehandlung ausgesetzt sind, wäre die Entnahme, das Einfrieren und, nachdem der Krebs geheilt ist, die Reimplantation ihres Hodengewebes, das Stammzellen enthält, aus denen Spermien entstehen könnten.

Was jedoch mit diesem Gewebe passiert, wenn es der möglicherweise notwendigen Langzeitvereisung ausgesetzt wird, ist bisher unklar.

Eine neue Studie an Ratten unter der Leitung der University of Pennsylvania Schule für Veterinärmedizin Forscher haben gezeigt, dass kryokonserviertes männliches Hodengewebe nach mehr als 20 Jahren reimplantiert werden kann und lebensfähige Spermien produziert. Die Arbeit unter der Leitung von Senior Research Investigator Eoin C. Whelan wurde in veröffentlicht PLOS-Biologie.

Während das lange gefrorene Hodengewebe Spermien produzieren konnte, stellte das Team fest, dass die lange Verzögerung mit Kosten in Form einer reduzierten Spermienproduktion im Vergleich zu nur kurz gefrorenem Gewebe einherging. Die Ergebnisse können wichtige Implikationen für die Behandlung präpubertärer Jungen mit Krebs haben, bei denen der Chemotherapie das Entnehmen und Einfrieren von Hodengewebe für eine eventuelle Reimplantation vorausgehen kann.

„Die halbleere Art, das Glas zu betrachten, ist, dass Stammzellen in ihrer Fähigkeit, Spermien nach einer langen Einfrierzeit zu regenerieren, beeinträchtigt zu sein scheinen“, sagt Whelan. “Aber die gute Nachricht ist, dass Spermien produziert werden können, und sie scheinen transkriptionell normal zu sein, wenn wir ihre RNA untersuchen.”

Die Studie wurde im durchgeführt Labor von Ralph L. Brinsterder Richard King Mellon Professor für Fortpflanzungsphysiologie am Penn Vet, ein renommierter Wissenschaftler von Reproduktionsbiologie.

„Die Ergebnisse sind entscheidend für die Erwägung einer Transplantation von Stammzellen aus Hodenbiopsien von präpubertären Jungen, die sich einer Krebsbehandlung unterziehen, um sie später zur Wiederherstellung der Spermatogenese nach der Genesung zu verwenden“, sagt Brinster. „Eine frühzeitige Transplantation dieser Zellen ist eindeutig besser, als lange zu warten, bevor die Zellen wieder in den Hoden eingebracht werden.“

Herausforderungen der Reimplantation

Wenn ein Junge in jungen Jahren wegen Krebs behandelt wird, kann es ein Jahrzehnt oder länger dauern, bis sein Hodengewebe entnommen und reimplantiert wird, was die Frage aufwirft, wie lange eingefrorene spermatogene Stammzellen (SSCs) lebensfähig bleiben können. Um eine Antwort zu finden, tauten die Autoren Ratten-SSCs auf, die mehr als 23 Jahre lang in ihrem Labor kryokonserviert worden waren, und implantierten sie in sogenannte Nacktmäuse, denen eine Immunantwort fehlt, die das fremde Gewebe sonst abstoßen würde. Sie verglichen die Fähigkeit lang gefrorener SSCs, Spermien zu erzeugen, mit SSCs, die nur wenige Monate lang eingefroren waren, und mit frisch geernteten SSCs, die alle aus einer einzigen Rattenkolonie stammten, die mehrere Jahrzehnte lang gehalten wurde.

Die Autoren fanden heraus, dass die lange eingefrorenen SSCs in der Lage waren, die Hoden der Maus zu besiedeln und alle notwendigen Zelltypen für eine erfolgreiche Spermienproduktion zu erzeugen, aber nicht so robust wie SSCs aus einer der kürzlich geernteten Gewebeproben. Während die lang gefrorenen SSCs im Vergleich zu anderen Proben ähnliche Profile der Genexpressionsänderungen aufwiesen, produzierten sie weniger sich verlängernde Spermatiden, die später schwimmende Spermien bilden.

„Als wir uns die Zellen unmittelbar nach dem Auftauen ansahen, sahen sie dieselben Zellen an, die für kurze Zeit eingefroren worden waren“, sagt Whelan. “Erst nachdem wir das Hodengewebe transplantiert hatten, bemerkten wir einen Unterschied in der Effizienz der Spermienproduktion.”

Eine Roadmap für zukünftige Forschung und Anwendung

Diese Ergebnisse haben mehrere wichtige Implikationen. Erstens weisen sie darauf hin, wie wichtig es ist, die Lebensfähigkeit von SSCs zu testen, indem die Ergebnisse nach der Reimplantation direkt verfolgt werden, um das Potenzial kryokonservierter Zellen zu bestimmen. Sich auf biochemische oder zelluläre Biomarker zu verlassen, spiegelt möglicherweise nicht den tatsächlichen Verlust des Stammzellpotenzials im Laufe der Zeit wider.

Ein Schema zeigt, wie Gewebeproben, die einem Jungen vor der Chemotherapie entnommen und dann kryokonserviert wurden, nach der Pubertät transplantiert werden könnten und lebensfähige Spermien hervorbringen könnten

Ausgeweitet auf den Menschen zeigen die Ergebnisse das Potenzial zur Erhaltung der Fruchtbarkeit von Jungen, die sich einer Krebsbehandlung unterziehen. (Bild: Eoin Whelan)

Zweitens, obwohl es derzeit keine Protokolle gibt, die menschliche SSCs für die Reimplantation erweitern können – eine Voraussetzung, um diese Behandlung in die klinische Anwendung zu überführen – müssen solche Protokolle möglicherweise eine zeitabhängige Verschlechterung der Lebensfähigkeit berücksichtigen, vorausgesetzt, menschliche SSCs ahmen die von Ratten nach.

Drittens unterstreichen die Ergebnisse, dass Spermien aus lange erhaltenem Hodengewebe produziert werden können. Weitere Forschung zur potenziellen Identifizierung und Minderung der Hauptgründe für den Verlust der Lebensfähigkeit könnte die Fortpflanzungsmöglichkeiten von Jungen verbessern, deren Krebserkrankungen im Kindesalter erfolgreich behandelt werden.

Eine wichtige Folgefrage lautet: „Woran liegt das? Was ist der Wirkmechanismus?‘“, sagt Whelan. Die laufende Arbeit untersucht einige der Gene, bei denen sich bei der Analyse des Teams herausstellte, dass sie durch das langfristige Einfrieren verändert wurden.

Die Ergebnisse können auch wichtige Hinweise für die Konservierung anderer Arten von Stammzellen enthalten, die zunehmend in eine Reihe von therapeutischen Anwendungen investiert werden.

“Ich denke, die Forschung hat eine breite Relevanz für das Einfrieren aller Arten von Stammzellen, die ähnliche Veränderungen in der Genregulation erfahren könnten”, sagt Brinster.

Ralph L. Brinster ist Richard-King-Mellon-Professor für Reproduktionsphysiologie an der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität von Pennsylvania.

Eoin C. Whelan ist Senior Research Investigator an der Penn’s School of Veterinary Medicine.

Whelan war der erste Autor und korrespondierender Autor von Brinster auf dem Papier. Ihre Co-Autoren waren Fan Wang, Mary R. Avarbock, Megan C. Sullivan und Daniel P. Beiting von Penn Vet.

Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Robert J. Kleberg, Jr. und Helen C. Kleberg Foundation.

Angepasst mit Genehmigung einer Pressemitteilung von PLOS Biology.

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