人类攻克不孕还有多远？3D打印卵巢来了

《自然—通讯》杂志在多学科科学期刊分类中位列第1位，列为全球十佳多学科科学期刊的第3位，是世界上被引用最多的科学期刊。报道最新的医学、生物学、物理学、新材料等最前沿的科学信息。

日前，美国西北大学的研究团队公布了他们利用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。

相关研究成果于5月16日在线发表在《Nature Communications》期刊上，论文标题为“A bioprosthetic ovary created using 3D printed microporous scaffolds restores ovarian function in sterilized mice”。

研究者说

视频来源于腾讯视频

西北大学费恩柏格医学院女性健康研究所主任、生殖科学家Teresa K. Woodruff说：

“你可能会以为是骨骼在支撑我们的血肉，但有趣的是，每种类型的器官都具有由比骨骼更硬的物质组成的细胞外基质，它们由坚硬的材料组成，就好象是脚手架，这才是血肉真正的支架。

“这项研究证实长期而言，这些卵巢假体具有双重功能。利用生物工程技术，而不是通过移植来自死者尸体的组织来构建发挥功能的器官结构，从而恢复受者的组织健康，这是生物工程技术用于再生医学的最高目标。”

兴奋之余，Woodruff教授已经将目光投向了远方。她说，团队还需要证明他们的想法也适用于更大的卵巢。由于猪的器官与人的器官尺寸接近，生理周期与人类女性相仿，这有望推动这项技术最终应用于人体。更关键的是，这项研究使用的明胶是FDA批准的材料，这也会加速它的开发与审批。

Woodruff期待在这一步，以及再之后的临床医学实验中证明3D打印卵巢方案是完全安全并且有效的。Woodruff 希望能够在未来几年内开展针对 3D 打印可移植人类卵巢假体的试验。她预感距离那一天的到来还有大约五年时间。

研究步骤及结果

首先，取出小鼠卵巢、消毒并保存卵巢组织，利用化学试剂分离出卵泡和支持卵子成熟的激素生成细胞。“接着把一种称为“明胶” (gelatin)的胶原蛋白当作墨水，用3D打印机打印出卵巢的基本结构，重新填补剥离卵泡、血管等的网格状卵巢支架。

明胶是一种利用降解的胶原蛋白制作而成的生物水凝胶，可在人体中安全使用。当明胶从打印机喷出时，温度不能太热也不能太冷，其最佳温度约为30°C。

基本架构打印好后，再于其中加入40-50个卵泡和支持卵泡的激素生产细胞。最后，将打印出的卵巢移植回小鼠体内。卵子在打印的新卵巢中逐渐成熟，最终排卵。

研究结果显示，七只实验小鼠中有三只小鼠正常怀孕，能产下健康的幼仔。除此外，实验小鼠F1、F2代生殖力均跟正常小鼠相同，确保了打印的卵巢不会在长期有隐性的副作用;植入打印卵巢的母本小鼠们还可以正常哺乳，显示其激素水平也是正常的。

研究机制

近年来涌现出的逐层加工技术使得对于微孔几何术的研究在细胞行为与功能上得以实行。利用3D打印技术制作出微孔水凝胶支架来检测微孔几何术的变化能力，这是通过操纵不同打印层级之间的角度来完成的，从而影响卵泡的存活。

呈30度与60度的支架能在多层级之间围绕卵泡提供角落空间，然而呈90度则形成抑制卵泡支架之间互动的开孔孔隙。随着支架之间互动的增加，卵泡扩散被抑制，存活率上升。

卵泡为基础的支架变得高度血管化，当移植到手术绝育小鼠体内时，小鼠卵巢的功能完全恢复。除此之外，通过自然交配可获得仔鼠后代并通过母乳喂养而茁壮成长。

这项研究展示了利用3D打印技术制造卵巢，并移植体内能发挥正常功能，这也表明支架孔结构在功能组织工程逐层加工支架设计中非常关键。

研究意义

卵巢是一种复杂的器官，它不但与大脑通过激素相联系，其生理周期还会定期影响一次血管。本项研究的成功也让科学家们攻克其他器官的3D打印任务信心满满。未来，更多通过3D打印的器官或将问世，造福那些需要进行器官移植的患者。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。

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。其最终目标是打造替代卵巢，以恢复女性们的生育能力以及激素分泌能力，特别是因为接受了癌症化疗而导致不孕的女性患者，从而减少她们不孕或者激素相关疾病的风险。此技术在未来也可能帮助某些跨性别者、变性人植入3D打印卵巢，正常分泌雌性激素而不需要定期注射。

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。

文献来源：Monica M. Laronda, Teresa K. Woodruff & Ramille N. Shah. A bioprosthetic ovary created using 3D printed microporous scaffolds restores ovarian function in sterilized mice. NATURE COMMUNICATIONS | 8:15261 | DOI: 10.1038/ncomms15261.

END