现在有一门新医学,叫“再生医学”(regenerative medicine),专门研究如何让人坏掉的部位可以再生。如今这门技术已经能打印血管、骨骼、耳朵等,希望未来能做到这样的地步——牙齿坏了,干细胞长一颗;血液出问题,脐带血造一批;心肝脾肺肾坏了,啪啪啪打印一颗全新的出来换……当然,生殖系统也是再生医学的重点研究对象之一。不久之前,科学家们用塑料袋完成了人造子宫。
人造子宫滋养了早产的羔羊,也将庇护人类的婴儿。现在,美国西北大学的科学家们又在搞事情,论文发表在5月16日的Nature Communications上。他们的新发现就是——一只光明璀璨的荧光小鼠!科学家们又搞基因编辑了?是,但这有啥稀奇的?嗯,这只小鼠是用3D打印的卵巢生出来的。你可能不信,但这就是打印出的卵巢在显微镜下的样子。小鼠卵巢的打印技术这次科学家试着制造的,是小鼠的卵巢。
取出小鼠卵巢,他们将小鼠的卵巢取出,消毒,保存好卵巢组织,分离出卵泡和那些能产生激素的细胞。这些细胞可以支持未成熟的卵子。3D打印卵巢的基本结构,这个研究的一个技术突破就是找到了卵巢的“骨架”,并用上了明胶来打印卵巢支架。明胶是构成我们软组织的一种生物材料。大多数水凝胶很脆弱,但明胶能自我支撑,组成卵子成熟所必须的三维支持结构。
3D打印出的卵巢结构:一个15毫米×15毫米的明胶支架层,然后再在卵巢中加入40~50个卵泡和支持卵泡的激素生产细胞。显微镜下的小鼠未成熟卵细胞,周围有支持细胞和明胶支架。最终形成的卵巢结构必须有一定强度,才能经受住手术;必须要足够多孔,才能与小鼠的体组织相合。另外,明胶支架的编织模式也很重要,直接关系到卵泡在其中的存活率。
将卵巢移植回小鼠体内,将打印出的卵巢移植回7只小鼠体后,这些卵巢在一周内就得到了来自小鼠的血液供应。卵子在新卵巢中可以逐渐成熟,最终排卵。最后,7只小鼠里有3只用新卵巢排的卵正常怀孕,生下了健康的幼仔。这些幼仔的卵子之前做过基因编辑,会发绿色荧光。这点保证了那些生下的幼仔确实来自3D打印的新卵巢,而非小鼠体内的卵巢残留。生下来的小鼠里,会发绿光的就是3D打印的新卵巢里来的。
而且啊,这些打印出的卵巢也会正常分泌激素,通过血循环送到小鼠体内各处。这些激素支持着小鼠在孕期和哺乳期都有正常的生理反应。技术背后的研究团队,能生出这种脑洞、而且还把脑洞实现了的团队,得什么样?答:经验丰富,而且全是女性!研究团队这个研究的作者之一Teresa Woodruff表示:希望未来这项技术可以帮助到一些想重获生育能力的女性。
有些年轻女性患上了癌症,可以在化疗放疗前先将自己的卵巢取出一些组织保存起来,卵泡分离出来。等癌症治愈后,再新打印一个卵巢放回去。另外,这项技术不止能帮助女性重获生育能力。卵巢是重要的内分泌器官,植入新卵巢还能改变女性的内分泌系统。因此对于某些激素失衡的女性来说,植入卵巢能让她们更健康。2010年日本一个研究就发现,给失去生育能力的老年雌鼠植入卵巢后,它们的寿命延长了40%。
这个团队的其他实验,其实,Woodruff的实验室还做过许多超科幻的生殖系统研究。体外发育人类未成熟的卵子,别小看这个研究。很多女性癌症患者想要在化疗放疗前保留自己的卵子。但人类体内每个月只成熟一个卵子,如果想多存自己的卵子,就得先经历2~6周的激素治疗,促使一堆卵子成熟。有时一次还不够……而癌症患者有时候可没那么多时间去等待。而且如果是乳腺癌或者卵巢癌,激素治疗更可能会恶化她们的病情。
如果能在体外让未成熟的卵子发育到成熟,那么根本不用等待,一次就可以取出数以万计的卵细胞来冻着了。本来她们还可以往下做的——比如试试这些卵子能不能正常受精发育,然而受到了资金限制。女性生殖系统的体外微模型,这套模型包括卵巢、输卵管和其他生殖器官,直接在体外模拟了人的28天月经周期。看上去像是乐高积木,但这确实是生殖系统的微型模型。这种研究的目的在于体外建模,建立一个药物或理论的测试平台。
为什么要体外建模呢?因为直接用人或者人所捐献的器官来测试会成本太高,只用人细胞来测试又不能完全反映体内复杂的响应,用动物来测试又多少跟人类有区别。回到打印卵巢的研究。下一步,她们打算在猪身上进行实验。因为人类的卵巢比小鼠卵巢大很多,结构也复杂很多。猪的生殖系统和人类更接近,这样能为人类实验做好准备。最后的最后,是你们最关心的问题:什么时候能打印人类卵巢?
Woodruff表示:十年之内,可能就能打印人类的卵巢啦~