Summary

Puberty blockers (drugs that pause puberty) are often called a reversible pause, but little is known about their effect on the testicles. Mayo Clinic researchers examined tissue stored from children having surgery to preserve fertility. All 16 born-male patients with gender dysphoria in their tissue bank had taken puberty blockers. Treated children's tissue showed mild to severe shrinking of the sperm-making tubes; one 12-year-old on a blocker plus oestrogen had 59% of tubes completely shrunken. Detailed cell tests on one 14-year-old after more than four years on blockers found sperm-forming cells stuck at an early stage, and computer models judged the tissue to be like a child's before puberty. The authors say this raises 'a potential concern' about full reversibility. It is an early, unchecked signal: few treated patients, mixed drugs, no follow-up after stopping, no fertility measure.

Key findings

• Van 87 patiënten in een bank met testisweefsel van kinderen van de Mayo Clinic had 16 (18%) genderdysforie. Alle 16 hadden puberteitsblokkers gebruikt, en 9 (56%) gebruikten ze ten tijde van de operatie voor het behoud van vruchtbaarheid.
• De medicijnen die als 'puberteitsblokkers' telden omvatten echte blokkers (leuprolide, histreline, triptoreline) maar ook oestrogeen en andere hormoonmedicijnen (medroxyprogesteron, spironolacton), gebruikt gedurende 3 tot 52 maanden. De gemiddelde leeftijd bij de operatie was 12,5.
• Alle patiënten met genderdysforie kozen voor een operatie om weefsel te verwijderen in plaats van een zaadmonster af te geven, omdat ze geen zaadlozing wilden of konden hebben. Bij 2 van de 9 behandelde patiënten werden bij onderzoek afwijkingen aan de testikels gezien.
• Bij ongeveer 50 buisjes per donor in 19 donoren zonder kanker nam de dichtheid van cellen in de buisjes toe met de leeftijd bij onbehandelde kinderen, maar liet geen verandering met de leeftijd zien bij behandelde kinderen. Een 12-jarige op een blokker plus oestrogeen gedurende 14 maanden had 59% volledig gekrompen buisjes, met kleine kalkafzettingen.
• Gedetailleerde gentests op losse cellen van één 14-jarige na meer dan 52 maanden behandeling (11.199 cellen, gecombineerd met openbare gegevens tot 130.100 cellen) toonden dat meer dan 90% van de zaadvormende cellen vastzat in een vroeg stadium, en ongewone toestanden in de steuncellen die zich ontwikkelende zaadcellen voeden.
• Een computermodel dat was getraind op slechts 10 mensen (5 kinderen vóór de puberteit, 5 jongvolwassenen) beoordeelde het weefsel van de behandelde 14-jarige als dat van een kind vóór de puberteit. De auteurs zeggen zelf dat de kleine trainingsgroep een grote zwakte is.
• De auteurs concluderen dat de krimp en onvolgroeide cellen 'een mogelijke zorg opwerpen' over volledige omkeerbaarheid en toekomstige vruchtbaarheid. De studie testte het herstel na het stoppen niet en mat de vruchtbaarheid niet.

Abstract

Spermatogonial stem cell (SSC) acquisition of meiotogenetic state during puberty to produce genetically diverse gametes is blocked by drugs collectively referred as 'puberty blocker' (PB). Investigating the impact of PB on juvenile SSC state and function is challenging due to limited tissue access and clinical data. Herein, we report largest clinically annotated juvenile testicular biorepository with all children with gender dysphoria on chronic PB treatment highlighting shift in pediatric patient demography in US. At the tissue level, we report mild-to-severe sex gland atrophy in PB treated children. We developed most extensive integrated single-cell RNA dataset to date (>100K single cells; 25 patients), merging both public and novel (52 month PB-treated) datasets, alongside innovative computational approach tailed for germ cells and evaluated the impact of PB and aging on SSC. We report novel constitutional ranges for each testicular cell type across the entire age spectrum, distinct effects of treatments on prepubertal vs adult SSC, presence of spermatogenic epithelial cells exhibiting post-meiotic-state, irrespective of age, puberty status, or PB treatment. Further, we defined distinct effects of PB and aging on testicular cell lineage composition, and SSC meiotogenetic state and function. Using single cell data from prepubertal and young adult, we were able to accurately predict sexual maturity based both on overall cell type proportions, as well as on gene expression patterns within each major cell type. Applying these models to a PB-treated patient that they appeared pre-pubertal across the entire tissue. This combined with the noted gland atrophy and abnormalities from the histology data raise a potential concern regarding the complete 'reversibility' and reproductive fitness of SSC. The biorepository, data, and research approach presented in this study provide unique opportunity to explore the impact of PB on testicular reproductive health.

Conclusion

The authors report mild-to-severe testicular tubule atrophy in puberty-blocker-treated children and an immature, prepubertal-like profile in the testis of a patient treated for more than 52 months. They conclude that, combined with the gland atrophy and histological abnormalities, this raises 'a potential concern regarding the complete reversibility and reproductive fitness' of spermatogonial stem cells. They also report rare post-meiotic (spermatid-like) cells in prepubertal tissue, irrespective of age, puberty status or treatment. They say the biorepository, data and research approach 'provide unique opportunity to explore the impact of PB on testicular reproductive health.'