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科学家又开先例!3D打印卵巢结构,重塑小鼠的生育能力

2017/05/18 来源:生物探索
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导读
5月12日,《Nature Communications》期刊发表一篇最新文章,揭示一种3D打印的卵巢支架,成功让被摘除卵巢组织的小鼠重获正常排卵、受孕及分娩哺乳的机会。研究人员认为,这个工程卵巢有望帮助因为癌症治疗而面临不孕不育问题的女性患者,让她们恢复正常生育的能力。


位于明胶支架中的未成熟卵细胞(图片来源:Northwestern University)

生物3D打印有很多应用前景,皮肤、耳朵、骨架、心脏瓣膜……越来越多的新成果问世。现在,来自于美国西北大学Feinberg医学院和McCormick工程学院的研究团队再一次带来惊喜。他们利用3D打印技术,构建出一种卵巢支架,成功让被摘除卵巢组织的小鼠重获正常排卵、受孕及分娩哺乳的机会。

研究人员认为,这个工程卵巢有望帮助因为癌症治疗而面临不孕不育问题的女性患者,让她们恢复正常生育的能力。这一研究是生物工程技术应用于生殖医学的重要里程碑,具有重要意义。相关研究成果于5月16日发表在《Nature Communications》。

3D卵巢如何打印?

生物3D打印最关键的部分在于材料,即“打印墨水”。

Feinberg医学院女性健康研究所主任、生殖医学专家Teresa K. Woodruff和McCormick工程学院材料科学和工程系副教授Ramille Shah团队选择的材料是明胶(gelatin),一种由动物卵巢胶原蛋白降解而成的生物水凝胶。

“通常,组织器官的支架需要由有机材料支撑,这些材料需要满足坚硬且多孔的需求,便于手术操作以及与宿主本身的组织器官融合。但是,大多数水凝胶都是非常柔软的,因为它们的组成成分大部分是水。但是我们找到一个特定的温度,能够让水凝胶稳定,且可以组装成多层的几何结构。” Shah解释道。

3D打印一个卵巢结构类似于孩子玩积木:孩子们需要按照不同角度、距离、位置放置积木,最终才能搭建出想要的房屋。研究人员进一步说明:“3D打印通过沉淀细丝完成。我们可以通过控制细丝之间的距离以及角度构建不同的空隙尺寸和几何图形。”

3D卵巢如何工作?

视频由Northwestern University发布在Youtube网站

研究人员通过控制水凝胶不同的交叠方式构建出卵巢支架。随后,他们将小鼠卵泡(包含未成熟卵细胞以及激素分泌细胞)植入支架中。紧密编织而成的支架作为卵泡发育的新场所,可以更好地支撑小鼠不成熟的卵细胞以及分泌激素的细胞继续发育、行使功能,以确保卵细胞成熟,并成功排卵。支架还负责促进血管生成,以便激素能够进入小鼠血液循环系统,促进产后泌乳。

研究团队摘除正常雌鼠的卵巢,植入卵巢假体。结果显示,这些被“改造”过的小鼠不仅仅能够正常排卵,还能受孕并生育出健康的幼鼠,甚至于还能够分泌乳液喂养它们的孩子。

对人类的影响?

科学家们研发卵巢假体的唯一目标是帮助经历癌症治疗后无法正常生育的女性患者重获生育能力以及激素分泌能力,从而减少她们不孕或者激素相关疾病的风险。

文章作者、Ann & Robert H. Lurie儿童医院的助理教授Monica Laronda表示:“一些儿童癌症患者因为疾病或者治疗,导致其卵巢无法正常运作,从而不得不接受激素替代疗。这一新型支架的目的在于重塑卵巢的功能。” 此外,取代复杂软组织的3D打印植入物会对软组织再生医学产生重大影响。

但是,距离真正应用于临床还有很多挑战,例如人类卵泡远大于小鼠卵泡,卵巢支架的结构和微孔大小需要重新调整。

参考资料:

3D-printed ovaries restore fertility in mice

3-D printed ovaries produce healthy offspring

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