Vesiikulid võivad aidata parandada kunstliku viljastuse edukust
/nginx/o/2023/10/26/15680163t1h6356.jpg)
Viljatus on maailmas probleem keskmiselt 10–15 protsendil paaridest ning tekitab kannatajatele stressi ja teisi psühholoogilisi hädasid. Olenemata soost võib viljatu olla üks partneritest või mõlemad korraga. Selle peapõhjused on ebanormaalne sugurakkude tootmine või toimimine, mitmesugused geneetilised või nakkuslikud haigused, hormonaalne tasakaalutus ja keskkonna või elustiiliga seotud tegurid. Mõne inimese sigimisvõimetuse põhjus võibki jääda kindlaks tegemata.
Viljatus pole ainult inimestele omane haigus, seda tuleb ette ka loomadel. Näiteks piimalehmadel ei kinnitu umbes pooled viljastunud munarakkudest emaka limaskestale ega arene vasikaks. Kui lehm ei tiinestu, siis väheneb tema piimatoodang ja see tekitab põllumehele majanduslikku kahju. Teadlased otsivad võimalusi, kuidas saaks ühtmoodi suurendada nii inimeste kui ka loomade kunstliku viljastamise edukust rakuväliste vesiikulite abil.
Viimastel kümnenditel on abistav reproduktiivtehnoloogia teinud suuri edusamme, mis on võimaldanud kunstliku viljastuse abil saada lapsi paljudel viljatutel paaridel. Niisugune tehnoloogia hõlmab meditsiinilisi protseduure, nagu munaraku viljastamine in vitro ehk kehaväliselt katseklaasis, spermi ehk seemneraku süstimine otse munarakku (nn intratsütoplasmaatiline sperma süstimine, ICSI), sugurakkude või embrüote külmsäilitamine ja viljakusravimite tarvitus.
Kuigi esimene katseklaasilaps sündis juba 1978. aastal, ei ole tänini suudetud lahendada kõiki meetodi kitsaskohti, seetõttu saadakse katseklaasiviljastusega vähe elujõulisi embrüoid. Halva kvaliteediga embrüod ei ole võimelised läbima kõiki arenguetappe; kui nad emakasse siirata, surevad nad juba enne emakale kinnitumist.
Embrüodefektide ja teistegi viljatusprobleemide risk suureneb koos naise vanusega. See on üks abistava reproduktiivmeditsiini suuremaid proovikive, kuna praegusel ajal otsustab aina rohkem paare saada oma esimese lapse hilisemas elujärgus. Ka Eestis kinnitab seda suundumust ilmekalt emade keskmine vanus esimese lapse sünni ajal, näiteks 2021. aastal olid need naised keskmiselt 31-aastased, kuid kaks kümnendit varem olid esmasünnitajad ligi neli aastat nooremad ehk keskmiselt 27,5-aastased. Probleemide tõttu õnnestub viljatutest paaridest üksnes 20–30 protsendil saada laps kunstliku viljastamisega.
Kuna katseklaasiviljastusega saadud kvaliteetsete embrüote hulk on väike, ei saa seda abivõimalust laialdaselt rakendada ka põllumajandusloomadel. Korduva kalli kunstliku viljastuse asemel on põllumehel odavam saata sigimisvõimetu loom tapamajja ja võtta asemele uus. Näiteks eelmisel aastal oli ligi 14% tapamajja viidud piimalehmadest sigimisprobleem. Sigimishäire oli üks põhitegureid, mille pärast saadeti kariloomi tapale. Sestap otsivad teadlased kogu maailmas pingsalt uusi võimalusi, mismoodi parandada kunstliku viljastuse embrüote ellujäämust.
Temperamentne embrüo
Viljastunud embrüo rändab enne endomeetriumile ehk emaka kõige sisemisele rakukihile kinnitumist emakas ringi, toitudest emakaõõne vedelikus leiduvatest toitainetest. Sealsed biomolekulid peavad toetama embrüo kiiret kasvu ajal, kui embrüorakkude hulk mitmekordistub iga päevaga. Ent 10–40% viljastunud embrüotest siiski ei jõua kinnistuda emaka limaskestale. Üks põhjus on embrüokasvuks sobimatu emakakeskkond, mis takistab embrüo normaalset arengut. Ajaks, kui endomeetrium on embrüo kinnitumiseks valmis (nn implantatsiooniaken), peab embrüo olema läbinud kõik arenguastmed. Inimese implantatsiooniks peab embrüo olema arenenud blastotsüstiks, kooruma, kleepuma emaka limaskestale ja looma esimese kerge kontakti emakakoega. Seejärel peab embrüo tungima emakaseina, kus ta saab edasiseks arenguks toitaineid juba ema vereringest.
Paljud viljatud paarid saavad lapsi kehavälise viljastamise teel. Tulevaselt emalt või doonorilt korjatakse munarakke hormoonraviga stimuleeritud ovulatsioonil. Seejärel viljastatakse munarakud katseklaasis või siis süstitakse tulevase isa seemnerakk otse munarakku (nn ICSI). Kui viljatuse põhjus on spermapatoloogia, valitakse doonorilt saadud sperma. Osal emadel võib olla munarakk niivõrd halva kvaliteediga, et kunstlikuks viljastamieks tuleb kasutada doonori munarakku. Ehk lisaks spermadoonorile võib abi saada ka munarakudoonorilt.
Viljastunud munarakud asetatakse kasvama söötmesse, millele on embrüo kasvu toetamiseks lisatud mitmesuguseid toitaineid. Embrüo peab katseklaasis suutma areneda samas tempos kui emakas, kuhu embrüo hiljem siiratakse. Selleks et valida välja sobiv(ad) embrüo(d), hinnatakse katseklaasis embrüo arengu staadiume ja kvaliteeti. Kui viljastuse teel on saadud rohkem embrüoid, kui on siirdamiseks vaja, saab need külmutada ja kasutada hiljem, kui esimesel korral ei õnnestu tulemust saada.
Viimastel aastatel on mõistetud, et kunstlikul viljastusel tuleb pakkuda embrüotele kasvuks samasugust keskkonda kui terves emakas. Peale katseklaasis kasutatava embrüosöötme koostise on olulised ka inkubaatori gaasikeskkond, söötmeõlid ja -lisandid, mis võivad kõik mõjutada embrüo võimet omastada kasvusöötmest toitaineid. Mitu ettevõtet on juba välja töötanud embrüosöötmeid, kuid neid on katsetatud ainult loomadel ja nende täpset koostist pole tihti avaldatud. Nende asjaolude tõttu on kindla liigi embrüole raske luua ideaalset kasvukeskkonda. Seepärast kasutab mitu embrüolaborit eri söötmeid ja kasvusüsteeme, kuid sageli vastavad need ainult osaliselt tingimustele, mis on emakas areneval lootel. Ebasobiv keskkond põhjustab embrüotele stressi, halveneb nende kvaliteet ja väheneb edukate rasestumiste või tiinuste hulk.
Ideaalne embrüo kasvulava lärmakas emakakeskkonnas
Nagu mainitud, on emakas alati kindel kogus vedelikku, milles leidub mitmesuguseid toitaineid. Neid eritavad limaskesta epiteeli- ja näärme-rakud või imbuvad need emakavedelikku verest. Emakavedelik sisaldab kasvufaktoreid, hormoone, ensüüme, transportvalke, rasvu, glükoosi, amino- happeid ja muid molekule. Samas on emakavedeliku koostist uurides avastatud, et peale biomolekulide leidub emakavedelikus ekstratsellulaarseid ehk rakuväliseid vesiikuleid (EV-d). Need pisikesed transporterid aitavad koos mõningate molekulidega hoida emakarakkude füsioloogilist tasakaalu ning osalevad embrüo ja emaka vahelises suhtluses.
EV-d on keskmiselt 50–1000 nm suurused osakesed, mis sisaldavad erisuguseid biomolekule: valke, pärilikkusainet (DNA), RNA-d ja metaboliite. EV-desse pakitud biomolekulidega ja-gavad rakud omavahel molekulaarset infot, muutes selle kaudu üksteise füsioloogilisi või haiguslikke protsesse. Erinevalt biovedelikes olevatest vabadest biomolekulidest kaitseb EV-de sisu lagunemise eest neid ümbritsev lipiidmembraan. Seetõttu säilib EV-de molekulide bioloogiline aktiivsus kauem.
Teadaolevalt vabastavad ning võtavad EV-sid ja nende sisu vastu peaaegu kõik rakud. Sel moel suhtlevad emakarakud embrüoga ja embrüo omakorda emakarakkudega, toetades nõnda üksteise arengut. Embrüo mõjutab ka immuunsüsteemi nõnda, et embrüo kinnitumisel ei tekiks emakas ülemäärast kaitsereaktsiooni. Kui emakas peaks embrüot võõrkehaks – mis ta tegelikult ju on, kuna ei sisalda emaga täpselt sama geneetilist materjali, vaid segu isast ja emast –, siis immuunsüsteem hävitaks embrüo juba enne, kui see on limaskestale kinnitunud. Ent omavahelises suhtluses suudab embrüo valmistada emakat ette olema oma kasvulava, mistõttu lasebki see embrüol esialgu kinnituda limaskestale ja seejärel pesastuda emakakoesse.
Niisuguste protsesside jooksul muutub emakarakkudest ja embrüost eralduvate EV-de sisu. Kui vesiikulitega seotud normaalses suhtluses embrüo ja emaka vahel tekib kõrvalekaldeid, ei pruugi embrüo limaskestale kinnituda ja sureb.
Teadlased, sealhulgas Eesti maaülikooli veterinaarmeditsiini ja loomakasvatuse instituudi töörühm, on juba aastaid uurinud embrüo ja endomeetriumi arengut ning seoseid EV-de ja viljakuse vahel. Näiteks on tehtud kindlaks, et EV-sid eraldades mõjutab embrüo endomeetriumi arengut implantatsiooniaknani. Nimelt saadab hea kvaliteediga embrüo EV-dega emakale signaale, mille kaudu mõjutab ta emakas näiteks rakuvaheaine ülesehitust ja ka nn G-valgu retseptori signaali- rada; G-valk kannab väljastpoolt rakku tulevaid keemilisi signaale üle raku sisemusse. Kõik on vajalik selleks, et emaka limaskest muutuks embrüo kinnitumiseks piisavalt «küpseks». Samal ajal saadab ka limaskest oma arengust embrüole signaale, aidates nõnda omakorda embrüol «küpseda». Hoolimata edusammudest on siiski vaja teha veel palju uurimistööd, et mõista täpsemalt, missugune on viljakust soosiv emakakeskkond ja seal olevate EV-de sisu.
Paraku pole emakakeskkond alati ideaalne ning paljud tegurid võivad mõjutada rakkudevahelist suhtlust. Näiteks füüsiline stress, halb toitumine ja nakkused mõjutavad hormoonide tootmist ja ainevahetust, mille tõttu võib tekkida viljatus. Praeguseks on teadusuuringutega jõutud nii kaugele, et mõistetakse aina paremini individuaalseid viljatust mõjutavaid protsesse ja osatakse võimaluse korral pakkuda ravi. Kuna sageli põhjustab viljatust korraga mitu tegurit, on keeruline leida õiget raviviisi.
Kas käega katsutav tulevik?
Mitu uuringut on tõestanud, et kasvusöötmes sisalduvad munajuha-, emaka- ja follikulaarvedeliku EV-d parandavad kehavälise viljastamisega saadud embrüote kvaliteeti, arengut, külmutamistaluvust ja ka elumust. Need mõjud on tingitud EV-de sisu erisugustest ülesannetest. Näiteks kui lisada söötmesse antioksüdante sisaldavaid vesiikuleid, siis need kaitsevad embrüoid oksüdatiivse stressiga kaasnevate DNA-kahjustuste ja embrüo arengu aeglustumise eest.
Kõik need hädad võivad saada embrüole saatuslikuks enne, kui ta jõuab kinnituda emaka limaskestale. Samas muutub emakakeskkond pidevalt, seepärast on väga raske leida niisugust EV-lisandi kogust ja koostist, mis võimalikult hästi toetaks kasvusöötmes embrüo arengut ja seeläbi parandaks ka kunstliku viljastuse edukust. Ent teadlaste huvi uurida EV-de mõju embrüo arengule on siiski väga suur: ainuüksi eelmisel aastal ilmus selles vallas üle 200 teadusartikli. Juhul kui õnnestub leida kõige kohasemad vesiikulid, mis suurendavad kunstliku viljastuse embrüote elumust, saaks nad viljatusravi osana kasutusele võtta.
EV-de laialdaseks tarvituseks tuleks neid nanoosakesi toota suures koguses. Kuna munajuha-, emaka- ja follikulaarvedelikust on võimalik eraldada vaid kindel kogus EV-sid, pole mõistlik laialdaselt kasutada nende vedelike EV-sid. Üks moodus on luua emaka sisekeskkonda võimalikult täpselt jäljendav rakukultuur, kus munajuha-, emaka- või follikulaarrakud toodaksid vajaliku sisuga EV-sid. Kui sobiv rakukultuurimudel on leitud, tuleb seda edasi arendada rakukultuuriplatvormiks, millega saaks toota suures koguses kindla kvaliteediga EV-sid.
Niisuguseid rakukultuurialuseid on juba varem loodud, et toota EV-sid näiteks vähiteraapia kliiniliste uuringute tarbeks. Üks uuemaid seda laadi tehnoloogiatest on Vertical Wheeli bioreaktor: aeglaselt pöörlevat pesumasinatrumlit meenutava seadme igal ruutsentimeetril saab kasvatada umbes 7000 rakku, mis eraldavadki kasvusöötmesse EV-sid.
Kui on õnnestunud kasvatada kohaseid vesiikuleid rohkesti tootev rakukultuur, siis tuleb vesiikulid söötmest välja puhastada ja määrata nende iseloomulikud tunnused. Paraku ei ole seni veel leitud ühtset viisi, kuidas teha kindlaks ja puhastada kohaseid vesiikuleid. Eri uuringutes on vesiikuleid eraldatud eri moodi, seetõttu on saadud vesiikulide kogus ja puhtusaste (koos EV-dega eraldatakse ka teisi osakesi) olnud varieeruv. Ent tulevased uuringud, kus võrreldakse eri tehnoloogiaid ja hinnatakse nende tõhusust, aitavad selle väikse probleemi lahenda ja jõuda lähemale eesmärgile kasutada vesiikuleid viljatusravis.
Vaata lisaks teadusprojektid COMBIVET (www.combivet.ee) ja OH-BOOST (www.ohboost.eu).
Johanna Piibor (1995) on loomaarstiharidusega Eesti maaülikooli doktorant, kes on keskendunud veiste viljatusuuringutele ja siirdemeditsiinile.
Intervjuu ilmus ajakirja Horisont oktoobri-novembri numbris.