Un gran paso hacia la producción de gametos de rinoceronte

Para salvar al rinoceronte blanco del norte de la extinción, el equipo de BioRescue está compitiendo para crear óvulos y espermatozoides cultivados en laboratorio de la subespecie en peligro crítico. El equipo ahora ha reportado un hito en Avances de la ciencia: han generado células germinales primordiales a partir de células madre, una primicia mundial.

Najin, de 33 años, y su hija Fatu son los últimos rinocerontes blancos del norte que sobreviven en el planeta. Viven juntos en una reserva de vida silvestre en Kenia. Con solo dos hembras, esta subespecie de rinoceronte blanco ya no es capaz de reproducirse, al menos no por sí sola.

Pero no se pierde toda esperanza: según un artículo publicado en la revista Avances de la cienciaun equipo internacional de investigadores ha cultivado con éxito células germinales primordiales (PGC), los precursores de los óvulos y el esperma de rinoceronte, a partir de células madre embrionarias (ESC) y células madre pluripotentes inducidas (iPSC).

Esto representa un hito importante en un plan ambicioso. El proyecto BioRescue, coordinado por el Instituto Leibniz para la Investigación de Zoológico y Vida Silvestre, quiere salvar al rinoceronte blanco del norte de la extinción. Con este fin, los científicos están siguiendo dos estrategias, una de ellas tratando de generar espermatozoides y óvulos viables a partir de las células de la piel de los rinocerontes fallecidos.

La idea es implantar los embriones resultantes en hembras de rinoceronte blanco del sur estrechamente relacionadas, que luego llevarán a término a la descendencia sustituta. Y así, la subespecie del rinoceronte blanco del norte, que los humanos ya han eliminado efectivamente a través de la caza furtiva, aún puede salvarse gracias a las tecnologías reproductivas y de células madre de última generación.

Primer éxito con una especie en peligro de extinción

Pasar de un trozo de piel a un rinoceronte vivo puede ser una verdadera proeza de la ingeniería celular, pero el proceso en sí no tiene precedentes: el coautor del estudio, el profesor Katsuhiko Hayashi, dirige laboratorios de investigación en las universidades japonesas de Osaka y Kyushu en Fukuoka. , donde sus equipos ya han logrado esta hazaña usando ratones.

Pero para cada nueva especie, los pasos individuales son territorio desconocido. En el caso del rinoceronte blanco del norte, Hayashi está trabajando en estrecha colaboración con la Plataforma de Tecnología de Células Madre Pluripotentes del Dr. Sebastian Diecke en el Centro Max Delbrück y con el profesor experto en reproducción Thomas Hildebrandt de Leibniz-IZW. Los dos científicos con sede en Berlín también son co-últimos autores del estudio actual.

«Esta es la primera vez que las células germinales primordiales de una gran especie de mamífero en peligro de extinción se generan con éxito a partir de células madre», explica el primer autor del estudio, Masafumi Hayashi, de la Universidad de Osaka. Anteriormente, solo se ha logrado en roedores y primates. A diferencia de los roedores, los investigadores han identificado el gen SOX17 como un actor clave en la inducción de PGC en rinocerontes. SOX17 también juega un papel esencial en el desarrollo de las células germinales humanas y, por lo tanto, posiblemente en las de muchas especies de mamíferos.

Las células madre embrionarias de rinoceronte blanco del sur que se utilizan en Japón provienen del laboratorio Avantea en Cremona, Italia, donde fueron cultivadas por el equipo del profesor Cesare Galli. Mientras tanto, las PGC de rinoceronte blanco del norte recién derivadas se originaron a partir de las células de la piel de la tía de Fatu, Nabire, quien murió en 2015 en Safari Park Dvůr Králové en la República Checa. El equipo de Diecke en el Centro Max Delbrück fue responsable de convertirlas en células madre pluripotentes inducidas.

Siguiente paso: maduración celular

Masafumi Hayashi dice que esperan utilizar la tecnología de células madre de vanguardia del laboratorio de Katsuhiko Hayashi para salvar otras especies de rinocerontes en peligro de extinción: «Hay cinco especies de rinocerontes, y casi todas están clasificadas como amenazadas en la Lista Roja de la UICN. »

El equipo internacional también utilizó células madre para cultivar CGP del rinoceronte blanco del sur, que tiene una población mundial de alrededor de 20 000 individuos. Además, los investigadores pudieron identificar dos marcadores específicos, CD9 e ITGA6, que se expresaron en la superficie de las células progenitoras de ambas subespecies de rinoceronte blanco. «En el futuro, estos marcadores nos ayudarán a detectar y aislar las PGC que ya han surgido en un grupo de células madre pluripotentes», explica Hayashi.

Los científicos de BioRescue ahora deben pasar a la siguiente tarea difícil: madurar las PGC en el laboratorio para convertirlas en óvulos y espermatozoides funcionales. «Las células primordiales son relativamente pequeñas en comparación con las células germinales maduras y, lo que es más importante, todavía tienen un juego doble de cromosomas», explica la Dra. Vera Zywitza del grupo de investigación de Diecke, quien también participó en el estudio. «Por lo tanto, tenemos que encontrar las condiciones adecuadas en las que las células crezcan y dividan su juego de cromosomas por la mitad».

La variación genética es clave para la conservación

La investigadora de Leibniz-IZW Hildebrandt también está siguiendo una estrategia complementaria. Quiere obtener óvulos de Fatu, de 22 años, y fertilizarlos en el laboratorio de Galli en Italia usando esperma congelado recolectado de cuatro toros rinocerontes blancos del norte ahora fallecidos. Este esperma se descongela y se inyecta en el óvulo en un proceso conocido como inyección intracitoplasmática de esperma (ICSI).

Sin embargo, Hildebrandt explica que Fatu no puede dar a luz a su propia descendencia, ya que tiene problemas con los tendones de Aquiles y no puede cargar ningún peso adicional. Mientras tanto, su madre, Najin, ya pasó la edad fértil y también sufre de tumores de ovario. “Y en cualquier caso, dado que solo nos queda una donante de óvulos naturales, la variación genética de cualquier descendencia resultante sería demasiado pequeña para crear una población viable”, agrega.

La principal prioridad del equipo, por lo tanto, es convertir las PGC que ahora tienen a su disposición en óvulos. «En ratones, descubrimos que la presencia de tejido ovárico era importante en este paso crucial», explica Zywitza. «Dado que no podemos simplemente extraer este tejido de las dos hembras de rinoceronte, probablemente también tendremos que cultivarlo a partir de células madre».

Sin embargo, el científico tiene la esperanza de que el tejido ovárico de los caballos pueda ser útil, ya que los caballos se encuentran entre los parientes vivos más cercanos de los rinocerontes desde un punto de vista evolutivo. Si los humanos hubieran cuidado tan bien del rinoceronte salvaje como lo hicieron con el caballo domesticado, el inmenso desafío que ahora enfrentan los científicos de BioRescue quizás podría haberse evitado por completo.