Искусственный яичник
Искусственный яичник – это потенциальное средство сохранения фертильности , целью которого является имитация функции естественного яичника .
Традиционное сохранение фертильности у женщин включает криоконсервацию ооцитов или криоконсервацию ткани яичника . Однако у этих методов лечения есть недостатки. Криоконсервация ооцитов невозможна для пациентов с препубертатным раком или преждевременной недостаточностью яичников . Криоконсервация ткани яичника также представляет риск повторного появления злокачественных клеток после выздоровления от рака, особенно у пациентов с перенесенной лейкемией . [ 1 ]
Искусственные яичники могут стать эффективной альтернативой сохранению фертильности. Целью искусственного яичника является копирование своего естественного аналога путем производства ооцитов и высвобождения стероидных гормонов . На сегодняшний день человеческие ооциты не были оплодотворены или использованы для производства потомства с использованием искусственных яичников, и маловероятно, что это произойдет до тех пор, пока не будут завершены дальнейшие исследования и не биоэтические проблемы. будут учтены [ 2 ]
В идеале искусственный яичник должен содержать фолликулы или ооциты, полученные в результате криоконсервации ткани яичника, а также другие клетки яичника, обеспечивающие факторы роста . [ 3 ] Затем изолированные фолликулы трансплантируют (либо в нормальный участок яичника, либо в другой участок тела) в каркас для доставки. [ 4 ] Идеальный биосовместимый каркас должен вызывать минимальное воспаление , быть подходящим для неоангиогенеза и разрушаться после трансплантации. [ 5 ]
Существуют некоторые ограничения для искусственных яичников. С этической точки зрения существует вопрос о справедливости того, кто будет иметь право на получение искусственных яичников (за исключением аутологичной трансплантации), поскольку их доступность ограничена. [ 5 ] Существуют также биоэтические проблемы, связанные с предимплантационной диагностикой и генетическими манипуляциями с искусственными яичниками. [ 5 ] Если для создания искусственных яичников используется собственная ткань яичников пациентки, риск повторного возникновения злокачественных опухолей все еще присутствует, хотя этот риск был бы снижен, если бы использовались только ооциты. [ 5 ]
Одним из направлений будущих исследований в этой области будет поиск источников ооцитов для искусственных яичников. Существует возможность использования индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациента (ИПСК) в качестве альтернативного источника собственных гамет . Хотя это еще не было проверено на стволовых клетках человека, мыши, которым трансплантировали эти клетки, смогли успешно размножаться посредством in vitro . созревания и оплодотворения [ 5 ] Однако известно, что ИПСК человека имеют мутации митохондриальной ДНК, даже если они изолированы от здоровых доноров, поэтому в этой области еще предстоит проделать большую работу. [ 6 ]
Как они сделаны
[ редактировать ]Ткань яичника подвергнется последовательным этапам культивирования для (надеюсь) производства пригодных для оплодотворения зрелых ооцитов: [ 2 ]
- Культура кортикальной ткани яичника для ускорения роста примордиальных фолликулов (незрелых фолликулов) и выделения примордиальных и первичных фолликулов.
- Культивируйте растущие фолликулы яичников в трехмерной микросреде.
- Изолируйте и культивируйте незрелые ооциты, чтобы попытаться получить зрелые ооциты, готовые к ЭКО или криоконсервации.
Культивирование кортикальной ткани яичников и выделение фолликулов.
[ редактировать ]Обычным источником используемой ткани яичника является ткань, удаленная у пациентки до лечения рака, которая затем подвергается криоконсервации. [ 7 ] Затем ткань культивируют, чтобы активировать примордиальные фолликулы и дать им возможность развиваться. [ 2 ] Для выделения фолликулов сочетание ферментативного и механического расщепления тканей оказалось наиболее эффективным методом получения большого количества фолликулов при сохранении их качества. [ 8 ] Используемые ферменты, либераза DH и ДНКаза, производятся в соответствии с надлежащей производственной практикой (GMP) и полностью соответствуют рекомендациям GMP, что обеспечивает их применение у пациентов в будущем. Процесс ферментативного расщепления инактивируется каждые 30 минут, а суспензия фильтруется, чтобы позволить полностью изолированным фолликулам удалиться и уменьшить ненужное воздействие ферментов, которое может привести к повреждению их базальной мембраны и их гибели. [ 8 ]
При восстановлении изолированных фолликулов злокачественные клетки могут быть случайно извлечены, что создает риск повторного внедрения злокачественных клеток в организм пациента. [ 8 ] Чтобы свести к минимуму риск заражения, изолированные фолликулы подвергаются этапу промывания, который включает трижды промывание фолликулов свежей средой для рассечения, чтобы отделить их от окружающих изолированных клеток. [ 2 ] [ 8 ]
Культивирование растущих фолликулов в трехмерной микросреде
[ редактировать ]Затем изолированные фолликулы инкапсулируют в трехмерную матрицу и культивируют до 4 недель. [ 7 ] Используемый материал должен соответствовать стандартам биобезопасности и клинически совместимым стандартам, таким как адекватная защита и поддержка фолликулов, а также способность адаптироваться к температуре тела человека, если пациентке будут трансплантированы искусственные яичники. [ 5 ] Потенциальные материалы делятся на синтетические полимеры и природные полимеры . [ 8 ] Синтетические полимеры, как правило, более предсказуемы, чем природные полимеры, с точки зрения скорости их разложения, а их механические свойства можно адаптировать к конкретным клиническим требованиям. [ 8 ] Хотя они не содержат молекул, необходимых для клеточной адгезии, для ее стимуляции могут быть включены биологически активные факторы. [ 8 ] Единственным синтетическим полимером, используемым до сих пор, был полиэтиленгликоль , который превратил незрелые мышиные фолликулы в антральные фолликулы и желтые тела. [ 8 ] [ 5 ]
Природные полимеры содержат биоактивные молекулы, которые играют роль в клеток . адгезии , миграции, пролиферации и дифференцировке [ 8 ] Однако им не хватает механической прочности и адаптируемости, которыми обладают синтетические полимеры. [ 8 ] В отличие от синтетических полимеров, успех был достигнут с использованием более широкого спектра природных полимеров: коллагена , сгустков плазмы , фибрина , альгината и децеллюляризированной ткани яичников. [ 8 ] [ 5 ]
Микроокружение структуры должно имитировать микроокружение естественного яичника, поэтому искусственный яичник должен поддерживать фолликулы как структурно, так и на клеточном уровне. [ 8 ] яичников Стромальные клетки интегрированы в микроокружение, поскольку они играют важную роль в раннем развитии фолликулов. [ 8 ] Они высвобождают различные факторы, которые положительно регулируют переход примордиальных фолликулов в первичные фолликулы, но также высвобождают другие клетки, которые дифференцируются в тека-клетки ; те, которые играют вспомогательную роль в росте фолликулов и производят половые стероиды, такие как андростендион и тестостерон . [ 8 ] Этого можно достичь, изолируя их от второй свежей биопсии яичника после того, как пациентка завершила лечение рака, избегая таким образом потенциального заражения. [ 8 ] Эндотелиальные клетки также должны транспортироваться совместно, поскольку они играют ключевую роль в стимулировании ангиогенеза искусственного яичника. [ 8 ]
Культура ооцитов
[ редактировать ]Незрелые ооциты извлекаются из искусственного яичника и культивируются in vitro в течение следующих 24–48 часов, позволяя им созреть ооцитам, готовым к ЭКО или витрификации (криоконсервации). [ 7 ]
Модели мышей
[ редактировать ]Начальные эксперименты
[ редактировать ]Большая часть имеющихся у нас знаний об искусственных яичниках была получена с помощью моделей на мышах. Первые эксперименты в 1990-х годах были проведены на мышах, которым пересадили преантральные фолликулы на искусственный яичник, изготовленный из коллагена. [ 8 ] Было показано, что преантральные фолликулы подвергаются росту in vitro (IVG), что позволяет предположить, что коллагеновая матрица может быть полезна для искусственного яичника. [ 8 ] Несмотря на положительные результаты, рост сопровождался атрезией антральных фолликулов, что означало необходимость поиска других альтернатив коллагену, который позволял бы расти фолликулам при имплантации обратно мышам искусственного яичника. [ 8 ]
Натуральные матрицы в модели мыши
[ редактировать ]С тех пор ряд различных натуральных матриц был протестирован на предмет их пригодности в качестве искусственных яичников. В их число входят фибрин, альгинат и децеллюляризованный яичник человека, которые продемонстрировали созревание in vitro, образование структуры, подобной яичнику, и производство потомства при трансплантации мышам. [ 8 ] [ 1 ] Помимо того, что эти события наблюдаются отдельно, на мышиной модели был продемонстрирован полный процесс развития от прививки преантральных фолликулов к яичнику до рождения живого потомства. [ 1 ]
Синтетические матрицы в модели мыши
[ редактировать ]В дополнение к этим природным матрицам на мышах был протестирован ряд синтетических матриц. Преимущество синтетических матриц состоит в том, что их можно производить в больших количествах и хранить в течение длительного времени. [ 1 ] Однако они не содержат биологических факторов, необходимых для адгезии клеток, что усложняет их создание. [ 8 ] Есть надежда, что знания, полученные нами с помощью моделей на мышах, однажды смогут быть применены клинически, будь то с использованием натуральных или синтетических матриц.
Восстановление полового созревания у мышей
[ редактировать ]Искусственные яичники не только продемонстрировали способность восстанавливать фертильность, но и связаны с полным восстановлением выработки гормонов, приводящим к половому созреванию . Было показано, что трансплантация децеллюляризированного искусственного яичника человека, содержащего первичные мышиные фолликулы, индуцирует половое созревание у мышей без ооцитов, способствуя эстрадиола и ингибина B. выработке [ 9 ] Затем было показано, что мыши способны производить жизнеспособное потомство, что позволяет предположить, что искусственные яичники могут быть полезны у женщин, не достигших половой зрелости. [ 10 ]
Человеческие модели
[ редактировать ]Может быть много возможных применений человеческих искусственных яичников.
Созревшие ооциты in vitro при ЭКО и криоконсервации
[ редактировать ]Одним из новых применений искусственных яичников человека может стать использование ооцитов, прошедших созревание in vitro (IVM) при ЭКО или криоконсервации. Извлечение яйцеклеток с последующим IVM не требует гормональной стимуляции и может быть быстрой процедурой, поэтому будет полезно для сохранения фертильности онкологических больных, особенно там, где химиотерапия должна начаться как можно скорее. [ 11 ]
Ретрансплантация фолликулов яичников, выращенных in vitro.
[ редактировать ]Еще одним возможным клиническим применением искусственных яичников человека является повторная трансплантация фолликулов яичников, выращенных in vitro. На животных моделях преантральные фолликулы яичников выращивались in vitro, затем выделялись и имплантировались в биоразлагаемый 3D-искусственный яичник для повторной трансплантации обратно в яичник животного. [ 2 ] Этот метод показал потенциальный успех на животных моделях, но на людях пока остается теоретической концепцией.
Ретрансплантация ткани яичника, активированной in vitro
[ редактировать ]Третьим возможным клиническим применением является ретрансплантация активированной in vitro ткани яичника. Это позволит удалить ткань яичника у пациентки, активировать ее in vitro и затем аутотрансплантировать той же пациентке. Однако это лечение не рекомендуется пациентам с раком, который может метастазировать в яичники (например, лейкемия), или пациентам с карциномой яичников из-за опасений, что раковые клетки могут быть повторно имплантированы обратно пациенту. Аутотрансплантацию активированной ткани яичника в широкую связку матки , ямку яичника или оставшийся яичник можно выполнить с помощью лапароскопии или мини-лапароскопии. Эта процедура привела к рождению здорового потомства у пациенток, страдавших преждевременной недостаточностью яичников. [ 2 ] [ 1 ]
Будущие возможности
[ редактировать ]Необходимы дальнейшие исследования, чтобы процедуры, изложенные выше, стали более успешными. Одна из областей, в которой продолжаются исследования, — это 3D-печать яичников. Можно было бы создать на 3D-принтере микропористый гидрогелевый каркас, в который можно было бы имплантировать изолированные фолликулы яичников. Это будет способствовать дальнейшему росту фолликулов in vivo после трансплантации. С помощью этого метода у стерилизованных мышей была восстановлена полная эндокринная и репродуктивная функция яичников. [ 2 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Андерсон, Ричард А.; Уоллес, В. Хэмиш Б.; Телфер, Эвелин Э. (2017). «Криоконсервация ткани яичников для сохранения фертильности: клинические и научные перспективы» . Репродукция человека Открыть . 2017 (1): hox001. doi : 10.1093/hropen/hox001 . ISSN 2399-3529 . ПМК 6276668 . ПМИД 30895221 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Салама, Махмуд; Вудрафф, Тереза К. (май 2019 г.). «От скамьи до постели: текущие разработки и будущие возможности искусственного яичника человека для восстановления фертильности» . Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica . 98 (5): 659–664. дои : 10.1111/aogs.13552 . ISSN 1600-0412 . ПМИД 30714119 . S2CID 73449839 .
- ^ Чити, MC; Долманы, ММ; Доннес, Дж.; Аморим, Калифорния (июль 2017 г.). «Фибрин в инженерии репродуктивных тканей: обзор его применения в качестве биоматериала для сохранения фертильности» . Анналы биомедицинской инженерии . 45 (7): 1650–1663. дои : 10.1007/s10439-017-1817-5 . ISSN 0090-6964 . ПМИД 28271306 . S2CID 4143718 .
- ^ Донне, Жак; Долманы, Мари-Мадлен; Пеллисер, Антонио; Диас-Гарсия, Сезар; Санчес Серрано, Мария; Шмидт, Кристен Трайд; Эрнст, Эрик; Люйкс, Валери; Андерсен, Клаус Идинг (май 2013 г.). «Восстановление активности яичников и беременность после трансплантации криоконсервированной ткани яичника: обзор 60 случаев реимплантации» . Фертильность и бесплодие . 99 (6): 1503–1513. doi : 10.1016/j.fertnstert.2013.03.030 . ПМИД 23635349 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Чо, Ын; Ким, Юн Ён; Нет, Кевин; Ку, Сын Юп (август 2019 г.). «Новая возможность сохранения фертильности: искусственный яичник» . Журнал тканевой инженерии и регенеративной медицины . 13 (8): 1294–1315. дои : 10.1002/терм.2870 . ISSN 1932-7005 . ПМИД 31062444 . S2CID 146811342 .
- ^ Приджионе, Алессандро; Лихтнер, Бьорн; Куль, Хайнер; Стройс, Эдуард А.; Вамелинк, Мирьям; Лерах, Ганс; Ральсер, Маркус; Тиммерманн, Бернд; Аджайе, Джеймс (2011). «Индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки содержат гомоплазматические и гетероплазматические мутации митохондриальной ДНК, сохраняя при этом метаболическое перепрограммирование, подобное эмбриональным стволовым клеткам человека» . Стволовые клетки . 29 (9): 1338–1348. дои : 10.1002/stem.683 . ISSN 1549-4918 . ПМИД 21732474 .
- ^ Jump up to: а б с Салама, М.; Аназодо, А.; Вудрафф, ТК (1 ноября 2019 г.). «Сохранение фертильности у пациенток с гематологическими злокачественными новообразованиями: мультидисциплинарный подход к онкофертильности» . Анналы онкологии . 30 (11): 1760–1775. дои : 10.1093/annonc/mdz284 . ISSN 1569-8041 . ПМИД 31418765 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в Долманы, Мари-Мадлен; Аморим, Кристиани А. (ноябрь 2019 г.). «СОХРАНЕНИЕ фертильности: Создание и использование искусственных яичников» . Размножение . 158 (5): Ф15–Ф25. дои : 10.1530/REP-18-0536 . ISSN 1741-7899 . ПМИД 31075758 .
- ^ Фиш, Бенджамин; Абир, Ронит (июль 2018 г.). «Сохранение женской фертильности: прошлое, настоящее и будущее» . Размножение . 156 (1): Ф11–Ф27. дои : 10.1530/REP-17-0483 . ISSN 1470-1626 . ПМИД 29581237 .
- ^ Ларонда, Моника М. (июль 2020 г.). «Разработка биопротеза яичника для восстановления фертильности и гормонов» . Териогенология . 150 : 8–14. doi : 10.1016/j.theriogenology.2020.01.021 . ПМИД 31973967 . S2CID 210880345 .
- ^ Элленбоген, А.; Шавит, Т.; Шалом-Паз, Э. (2014). «Результаты IVM сопоставимы и могут иметь преимущества перед стандартным ЭКО» . Факты, взгляды и видение акушерства и гинекологии . 6 (2): 77–80. ISSN 2032-0418 . ПМК 4086019 . ПМИД 25009730 .