3D打印一個卵巢,生下閃閃發光的孩子

3D打印 生物醫學 癌症 卵巢癌 果殼網 2017-05-20

3D打印不稀奇,那麼3D打印卵巢,稀奇不?

3D打印卵巢的一大部分材料,是我們用來做老酸奶、果凍的增稠劑明膠,稀奇不?

3D打印的卵巢真的能用,直接用它生了好幾個幼仔,稀奇不?

以上說的這些,美國西北大學的科學家統統做到了。繼塑料袋人造子宮之後,我們又有了3D打印的果凍卵巢~

論文發表在5月16日的Nature Communications上。

你可能不信但這就是打印出的卵巢在顯微鏡下的樣子↓↓↓

3D打印一個卵巢,生下閃閃發光的孩子

現在有一門新醫學,叫“再生醫學”( regenerative medicine),專門研究如何讓人壞掉的部位可以再生,現在已經能打印血管、骨骼、耳朵等,希望未來能做到這樣的地步——牙齒壞了,幹細胞長一顆;血液出問題,臍帶血造一批;心肝脾肺腎壞了,啪啪啪打印一顆全新的出來換……

卵巢,當然也是再生醫學研究的對象之一。

這次科學家試著製造的,是小鼠的卵巢。

首先,他們將小鼠的卵巢取出,消毒,保存好卵巢組織,分離出卵泡和那些能產生激素的細胞,這些細胞可以支持未成熟的卵子。

接著,他們用3D打印機打出了卵巢的基本結構。這個研究的一個技術突破就是找到了卵巢的“骨架”,並用上了明膠來打印卵巢支架。明膠是構成我們軟組織的一種生物材料。大多數水凝膠很脆弱,但明膠能自我支撐,組成卵子成熟所必須的三維支持結構。

3D打印出的卵巢結構,一個15毫米×15毫米的明膠支架層↓↓↓

3D打印一個卵巢,生下閃閃發光的孩子

然後再在卵巢中加入40~50個卵泡和支持卵泡的激素生產細胞。

顯微鏡下的小鼠未成熟卵細胞,周圍有支持細胞和明膠支架↓↓↓

3D打印一個卵巢,生下閃閃發光的孩子

最後形成的卵巢結構必須有一定強度,才能經受住手術;必須要足夠多孔,才能與小鼠的體組織相合。另外,明膠支架的編織模式也很重要,直接關係到卵泡在其中的存活率。

下一步,將打印出的卵巢移植回7只小鼠體內,這些卵巢在一週內就得到了來自小鼠的血液供應。卵子在新卵巢中可以逐漸成熟,最終排卵。

最後,7只小鼠裡有3只用新卵巢排的卵正常懷孕,生下了健康的幼仔。這些幼仔的卵子之前做過基因編輯,會發綠色熒光。這點保證了那些生下的幼仔確實來自3D打印的新卵巢,而非小鼠體內的卵巢殘留。

生下來的小鼠裡,會發綠光的就是3D打印的新卵巢裡來的↓↓↓

3D打印一個卵巢,生下閃閃發光的孩子

同時,這些打印出的卵巢也會正常分泌激素,通過血循環送到小鼠體內各處,這些激素支持著小鼠在孕期和哺乳期都有正常的生理反應。

這個研究的作者之一Teresa Woodruff表示,希望未來這項技術可以幫助到一些想重獲生育能力的女性。比如說,有些年輕女性患上了癌症,可以在化療放療前先將自己的卵巢取出一些組織保存起來,卵泡分離出來。等癌症治癒後,再新打印一個卵巢放回去。

另外,這項技術不止能幫助女性重獲生育能力。卵巢是重要的內分泌器官,植入新卵巢還能改變女性的內分泌系統。因此對於某些激素失衡的女性來說,植入卵巢能讓她們更健康。2010年日本一個研究就發現,給失去生育能力的老年雌鼠植入卵巢後,它們的壽命延長了40%。

Woodruff的實驗室還做過許多超科幻的生殖系統研究。

比方說,讓人類的未成熟卵子在體外發育到成熟卵子——別小看這個研究,很多女性癌症患者想要在化療放療前保留自己的卵子,但人類體內每個月只成熟一個卵子,如果想多存自己的卵子,就得先經歷2~6周的激素治療,促使一堆卵子成熟。有時一次還不夠……而癌症患者有時候可沒那麼多時間去等待。而且如果是乳腺癌或者卵巢癌,激素治療更可能會惡化她們的病情。

如果能在體外讓未成熟的卵子發育到成熟,那麼根本不用等待,一次就可以取出數以萬計的卵細胞來凍著了。

本來她們還可以往下做的,比如試試這些卵子能不能正常受精發育,然而美國政府提供的研究資金裡有規定,限制了她們繼續往下做。

後來,她們又做了一套人類女性生殖系統的體外微型模型——包括卵巢、輸卵管和其他生殖器官,直接在體外模擬了人的28天月經週期。

看上去像是樂高積木但這確實是生殖系統的微型模型↓↓↓

3D打印一個卵巢,生下閃閃發光的孩子

這種研究的目的在於體外建模,建立一個藥物或理論的測試平臺。為什麼要體外建模呢?因為直接用人或者人所捐獻的器官來測試會成本太高,只用人細胞來測試又不能完全反映體內複雜的響應,用動物來測試又多少跟人類有區別。

總之,這是一個經驗豐富而且腦洞很大的研究團隊。(P.S. 這個研究團隊成員全部是女性。)

下一步,她們打算在豬身上進行實驗,因為人類的卵巢比小鼠卵巢大很多,結構也複雜很多。豬的生殖系統和人類更接近,這樣能為人類實驗做好準備。Woodruff表示,十年之內,可能就能打印人類的卵巢啦~

Monica M. Laronda, Alexandra L. Rutz, Shuo Xiao, Kelly A. Whelan, Francesca E. Duncan, Eric W. Roth, Teresa K. Woodruff , Ramille N. Shah. (2017). A bioprosthetic ovary created using 3D printed microporous scaffolds restores ovarian function in sterilized mice. Nature Communications, Article number: 15261 (2017). doi:10.1038/ncomms15261

Paoletta, R. (2017). These Mice Gave Birth Using 3D-Printed Ovaries. Gizmodo UK. http://www.gizmodo.co.uk/2017/05/these-mice-gave-birth-using-3d-printed-ovaries/

Jason Daley. (2017). Mice With 3D-Printed Ovaries Successfully Give Birth. Smithsonian.http://www.smithsonianmag.com/smart-news/functional-3d-printed-ovary-transplanted-mice-180963337/

Sample, I. (2017). 3D-printed ovaries allow infertile mice to give birth. the Guardian.https://www.theguardian.com/science/2017/may/16/3d-printed-ovaries-allow-infertile-mice-to-give-birth

Sample, I. (2010). Ovary transplants could extend women's lifespan, mice study suggests. the Guardian. https://www.theguardian.com/science/2010/jun/29/ovary-transplants-women-lifespan-mice

The World's First 'Period' in a Dish Could Revolutionize Reproductive Medicine , (2017). Gizmodo.com. http://gizmodo.com/the-worlds-first-menstrual-period-in-a-dish-could-revol-1793684158

A Fertility First: Human Egg Cells Grow Up in Lab. (2009). Wired.com. https://www.wired.com/2009/07/humanegg/

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