I cuccioli contorti e urlanti nel laboratorio di Alexander Travis non sembrano meraviglie mediche. Ma queste meraviglie pelose sono i primi cani nati usando la fecondazione in vitro, un processo che ha richiesto più di 30 anni per svilupparsi per i cani.
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La fecondazione in vitro (FIV) è il processo di fecondazione di un uovo con sperma in un laboratorio. Lo facciamo con successo negli esseri umani e in alcuni altri animali dagli anni '70, ma gli scienziati stavano lottando per capire come funziona per i cani. La tecnica potrebbe aiutare a salvare le specie canine in pericolo in natura e, in combinazione con le tecniche di modifica dei geni, potrebbe anche contribuire a rendere più sane le razze domestiche.
"La gente ci ha lavorato sin dall'invenzione della fecondazione in vitro", afferma Travis, biologo della riproduzione della Cornell University. "Nessuno ha mai fatto progressi con la fecondazione in vitro nel cane. Questo è il primo successo."
Il problema era in parte dovuto al fatto che i biologi stavano facendo esperimenti basati su una scienza incompleta, in particolare un articolo pubblicato nel 1978 sulla rivista Gamete Research che suggeriva che il magnesio rallentava lo sperma.
Lo sperma di cane sembra simile allo sperma umano, ma a differenza della versione umana, lo sperma di cane non è pronto a fecondare un uovo immediatamente. Questo perché lo sperma del cane ha un rivestimento di colesterolo che copre la testa, dove sono conservate le informazioni sul DNA. Quando lo sperma viaggia attraverso l'utero di una femmina, le sostanze chimiche incluso il magnesio distruggono quel rivestimento. Se il rivestimento rimane intatto, il DNA dello sperma non può fertilizzare l'uovo.
Lo stesso bagno di sostanze chimiche dice allo sperma di muovere la coda, che agisce come un'elica, aiutandolo a scavare nell'uovo in modo che possa depositare quel DNA. Con il magnesio, lo sperma può nuotare più velocemente e penetrare più facilmente nell'uovo.
Durante la fecondazione in vitro, lo sperma si trova in una provetta e non in un utero, quindi gli scienziati hanno dovuto ricreare il bagno chimico all'interno del corpo del cane. Ma nessun altro scienziato ha pensato di includere il magnesio a causa del documento del 1978. Senza di essa, puoi mettere uno sperma di cane accanto a un uovo e non succederà nulla.
"Perché non il magnesio? Ognuno usa questo mezzo senza mettere in discussione, ed è stato inventato negli anni '70", afferma lo studio dell'autore principale del documento Jennifer Nagashima, biologa riproduttiva nel laboratorio di Travis e membro del Joint Graduate Training Program tra Smithsonian Conservation Biology Institute e Cornell's Atkinson Center for a Sustainable Future.
"Siamo tornati a guardarlo", dice Nagashima. "È sicuramente una lezione di vita, ora metto in discussione tutto."
Dei sette cuccioli, due provengono da una madre beagle e un padre cocker spaniel, e cinque provengono da coppie di padri e madri beagle. (Mike Caroll, Cornell University College of Veterinary Medicine) Precedenti ricercatori si affidavano anche al processo di fecondazione in vitro umana per progettare il processo del cane, ma i nostri sistemi riproduttivi presentano alcune notevoli differenze che non sono state prese in considerazione. Gli umani ovulano circa una volta al mese, il che significa che le ovaie rilasciano un uovo pronto per la fecondazione. Ma i cani ovulano solo una o due volte l'anno e le loro uova non sono immediatamente vitali.
Facendo affidamento sulla linea temporale di un corpo umano per lavorare con i cani, gli scienziati stavano rimuovendo le uova dal cane femmina troppo presto. Invece, il team ha scoperto che le uova del cane devono stare all'interno dei loro ovidotti (tube di Falloppio nell'uomo) per un po 'di tempo prima che siano pronte per la fecondazione in vitro.
Quando Nagashima e i suoi colleghi hanno rimosso le uova subito dopo l'ovulazione, nessuna delle uova ha fertilizzato. Ma quando hanno aspettato quattro giorni, l'80% delle uova è stato fecondato, il team riporta questa settimana su PLOS ONE .
Dopo aver rimosso le uova dall'utero del cane, gli scienziati le hanno messe in coltura con lo sperma e hanno aspettato circa 48 ore affinché la miscela creasse nuove cellule, il che significa che stava per diventare un feto di cane. Queste cellule sono state quindi rimosse dalla capsula di Petri, congelate e successivamente impiantate in un cane surrogato.
Su 19 embrioni fecondati, sette minuscoli cuccioli di beagle sono nati il 10 luglio, dopo decenni di ricerche.
"Senti quelle prime urla, ed è una bella sensazione", dice Travis. Il prossimo passo è imparare come rimuovere le uova del cane senza eseguire interventi chirurgici importanti.
Promuovendo la tecnologia di fecondazione in vitro per i cani, gli scienziati potrebbero aumentare le popolazioni di specie canine in via di estinzione, afferma Margaret Root Kustritz, una piccola specialista in riproduzione animale dell'Università del Minnesota. I canidi in pericolo che non sono disposti o incapaci di procreare nel modo consueto potrebbero servire da donatori di ovociti, garantendo così che i loro preziosi geni continuino alla generazione successiva.
La fecondazione in vitro potrebbe anche essere utilizzata per ridurre la malattia nei cani domestici. Molte razze pure oggi soffrono di disordini genetici che potrebbero essere rimossi usando la fecondazione in vitro e moderni strumenti di modifica genetica. Tale ricerca potrebbe persino aiutare la nostra comprensione delle malattie umane. Mentre gli scimpanzé sono più vicini a noi geneticamente, condividiamo più di 350 tratti della malattia con i cani, che è il doppio di qualsiasi altra specie.
"Questo è un enorme passo positivo", afferma Root Kustritz. "Ogni studio che ci aiuta a comprendere meglio la normale biologia riproduttiva ci aiuta a pensare a come potremmo usare quella conoscenza per aiutare animali e umani."
Nucharin Songsasen (a sinistra) e Jennifer Nagashima dello Smithsonian Conservation Biology Institute portano a spasso tre cuccioli di fecondazione in vitro. (Jefferey MacMillan)
