3D打印卵巢技术的新突破

作者: Nick Stockton

来源: 《自然通讯》

发布日期: 2017-05-17

生物工程课题组用3D技术打印出了小鼠卵巢,这一研究成果发表在《自然通讯》杂志上,展示了未来可能用于人类卵巢修复的潜力。研究团队通过显微外科技术,成功让具有3D打印卵巢的小鼠受孕并进行正常哺乳,表明该技术在恢复卵巢功能方面的有效性。

不是所有的姑娘长大后都会成为母亲,有时是因为个人选择,有时是源于不可控的其他因素。癌症和遗传疾病都可能会破坏女性的卵巢;而用于挽救生命的一些放射性治疗,也能使些产卵器官功能衰退。卵巢也能调节雌性荷尔蒙,如若缺失则可能导致年轻患者永远无法经历青春期;成年女子则会过早的进入更年期。昨日,《自然通讯》杂志发表了一个可用于卵巢修复的研究成果,一个生物工程课题组用3D技术打印出了小鼠卵巢。

虽然这个概念目前只适用于小鼠身上,但在不久的将来,它们或许可以成功取代这个人类卵巢——这个位于的子宫两侧、栗子大小的重要器官。卵巢中充满了许多的小卵泡,它们是一些被雌激素和其他必需激素包围的未成熟的卵子。论文的共同作者、西北大学费恩伯格医学院的生殖科学家特雷莎·伍德拉夫(Teresa Woodruff)说,“卵巢的功能是每个月让这些小卵泡发育成为完整成熟的卵子。

”为了重建卵巢的功能,伍德拉夫和她的研究团队从卵巢的形态开始研究。她说:“人们倾向于把骨骼看成是一个支撑住肉体的支架。有趣的是,每种不同类型的器官都是由更坚硬的物质形成的细胞外基质作为支架。”去年,他们使用化学方法将所有的卵泡、血管和各种其他组织从一个人类卵巢中完全剥离出来,只留下胶质结构。在显微镜下看到,支架结构呈交织网格状。接下来的一步则是使用卵巢组织作为墨水。

将组织作为墨水,听起来简直不可思议。这需要适当的温度,让这些胶质可以从打印机中被喷射出。适度的温度尤其重要:若温度过高,整个胶质结构会松弛;而温度过低,则会使其结块。让组织“墨”顺利喷出的最适宜温度约为30˚C。

生物医学工程师亚历山德拉·鲁茨(Alexandra Rutz)之前是西北大学的博士生,之后成为法国国立圣埃蒂安矿业学校的博士后,她解决了温度的问题后,所面临的下一个难点是找出最好的纹样来安置这些水凝胶质,使其形成一个类似于真正卵巢胶原蛋白的晶格结构。研究员在体外培养各种不同的网格结构,看看哪些会形成能让未成熟卵子存活所需的血管和组织,一旦找到正确的匹配,研究员就能将这个器官移植入体内了。

伍德拉夫表示:“显微外科技术是我们在实验中非常频繁使用到的技术。”使用放大镜,解剖镜和微型手术刀,他们对九只雌性小鼠进行一只卵巢的手术切除,被切除处用3D打印的假体卵巢代替。其中,九个3D打印卵巢中的两个被设计为没有卵泡,因此它们不具有胚胎形成的可能性。当小鼠们从手术中完全恢复后,研究人员将让它们与雄性小鼠交配。其中三只具有假体卵巢的小鼠成功受孕。

所有这一切都发生得很快,因为雌性小鼠每四天排卵一次,它们的怀孕周期约为20天左右,而新生小鼠宝宝只需成长四个月便能达到生殖成熟。伍德拉夫和她的团队让这些第二代鼠宝宝继续制造下一代鼠宝宝,再让下一代鼠宝宝制造出更多的下下一代鼠宝宝,来确保3D打印的卵巢不会有长远的副作用,整个过程运行得很好。另外,具有3D打印卵巢的小鼠可进行正常哺乳,这表明它们的激素水平良好,这对卵巢受损的病人来说无疑是很好的消息。

只是病人们还需再耐心等待。伍德拉夫说,他们首先需要确认这个概念在更大型的卵巢上也能行得通。下一步他们会将这些3D打印器官植入迷你猪体内,它们的身体足够大,并且它们与人类女性拥有相似的月经周期。伍德拉夫还表示希望能用不到五年的时间,结合临床试验,对此建立安全有效的治疗方法。这次的研究成果是其他3D打印器官研究课题的一个好的模型。或许在将来,许多人的体内都会存在3D打印的器官呢。

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