科學家又開先例!3D打印卵巢結構,重塑小鼠的生育能力

3D打印 備孕 不孕不育 癌症 生物探索 2017-05-20
科學家又開先例!3D打印卵巢結構,重塑小鼠的生育能力

位於明膠支架中的未成熟卵細胞(圖片來源:Northwestern University)

生物3D打印有很多應用前景,皮膚、耳朵、骨架、心臟瓣膜……越來越多的新成果問世。現在,來自於美國西北大學Feinberg醫學院和McCormick工程學院的研究團隊再一次帶來驚喜。他們利用3D打印技術,構建出一種卵巢支架,成功讓被摘除卵巢組織的小鼠重獲正常排卵、受孕及分娩哺乳的機會。

研究人員認為,這個工程卵巢有望幫助因為癌症治療而面臨不孕不育問題的女性患者,讓她們恢復正常生育的能力。這一研究是生物工程技術應用於生殖醫學的重要里程碑,具有重要意義。相關研究成果於5月16日發表在《Nature Communications》。

3D卵巢如何打印?

生物3D打印最關鍵的部分在於材料,即“打印墨水”。

Feinberg醫學院女性健康研究所主任、生殖醫學專家Teresa K. Woodruff和McCormick工程學院材料科學和工程系副教授Ramille Shah團隊選擇的材料是明膠(gelatin),一種由動物卵巢膠原蛋白降解而成的生物水凝膠。

“通常,組織器官的支架需要由有機材料支撐,這些材料需要滿足堅硬且多孔的需求,便於手術操作以及與宿主本身的組織器官融合。但是,大多數水凝膠都是非常柔軟的,因為它們的組成成分大部分是水。但是我們找到一個特定的溫度,能夠讓水凝膠穩定,且可以組裝成多層的幾何結構。” Shah解釋道。

3D打印一個卵巢結構類似於孩子玩積木:孩子們需要按照不同角度、距離、位置放置積木,最終才能搭建出想要的房屋。研究人員進一步說明:“3D打印通過沉澱細絲完成。我們可以通過控制細絲之間的距離以及角度構建不同的空隙尺寸和幾何圖形。”

3D卵巢如何工作?

視頻由Northwestern University發佈在Youtube網站

研究人員通過控制水凝膠不同的交疊方式構建出卵巢支架。隨後,他們將小鼠卵泡(包含未成熟卵細胞以及激素分泌細胞)植入支架中。緊密編織而成的支架作為卵泡發育的新場所,可以更好地支撐小鼠不成熟的卵細胞以及分泌激素的細胞繼續發育、行使功能,以確保卵細胞成熟,併成功排卵。支架還負責促進血管生成,以便激素能夠進入小鼠血液循環系統,促進產後泌乳。

研究團隊摘除正常雌鼠的卵巢,植入卵巢假體。結果顯示,這些被“改造”過的小鼠不僅僅能夠正常排卵,還能受孕並生育出健康的幼鼠,甚至於還能夠分泌乳液餵養它們的孩子。

對人類的影響?

科學家們研發卵巢假體的唯一目標是幫助經歷癌症治療後無法正常生育的女性患者重獲生育能力以及激素分泌能力,從而減少她們不孕或者激素相關疾病的風險。

文章作者、Ann & Robert H. Lurie兒童醫院的助理教授Monica Laronda表示:“一些兒童癌症患者因為疾病或者治療,導致其卵巢無法正常運作,從而不得不接受激素替代療。這一新型支架的目的在於重塑卵巢的功能。” 此外,取代複雜軟組織的3D打印植入物會對軟組織再生醫學產生重大影響。

但是,距離真正應用於臨床還有很多挑戰,例如人類卵泡遠大於小鼠卵泡,卵巢支架的結構和微孔大小需要重新調整。

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