Umělý vaječník - Artificial ovary

Tento článek pojednává o léčbě zachování plodnosti, jejímž cílem je napodobit funkci přirozeného vaječníku. Stránka o reprodukčním orgánu viz Vaječník. Další umělé orgány viz Umělý orgán.
Graafiánský folikul lidského vaječníku

An umělý vaječník je potenciál zachování plodnosti léčba, jejímž cílem je napodobit funkci přirozeného vaječník.

Konvenční zachování plodnosti pro ženy zahrnuje kryokonzervace oocytů nebo kryokonzervace tkáně vaječníků. Tyto léčby však mají své nevýhody. Kryokonzervace oocytů není možná u pacientů s pre-pubertální rakovina nebo předčasná nedostatečnost vaječníků. Kryokonzervace tkáně vaječníků také představuje riziko opětovného zavedení zhoubný buňky po zotavení z rakoviny, zejména u těch s předchozími leukémie.[1]

Umělé vaječníky by mohly být účinnou alternativou při zachování plodnosti. Umělý vaječník má za cíl replikovat svůj přirozený protějšek produkcí oocyty a uvolnění steroidní hormony. Dosud nebyly žádné lidské oocyty oplodněny ani použity k produkci potomků pomocí umělého vaječníku a je nepravděpodobné, že k tomu dojde, dokud nebude dokončen další výzkum a bioetické byly vzaty v úvahu obavy.[2]

V ideálním případě by měl umělý vaječník obsahovat folikuly nebo oocyty získané kryokonzervací tkáně vaječníků a také další buňky vaječníků růstové faktory.[3] Izolované folikuly jsou poté transplantovány (buď do normálního místa vaječníku nebo kdekoli v těle) do transportního lešení.[4] Ideální biokompatibilní lešení by způsobilo minimum zánět, být vhodný pro neo-angiogeneze a degradovat po transplantaci.[5]

U umělých vaječníků existují určitá omezení. Z etického hlediska jde o otázku spravedlnost kdo by měl nárok na příjem umělých vaječníků (kromě autologních transplantací), protože je omezená dostupnost.[5] Existují také bioetické obavy ohledně preimplantační diagnostiky a genetické manipulace umělých vaječníků.[5] Pokud se k vytvoření umělých vaječníků použije vlastní ovariální tkáň pacienta, riziko opětovného zavedení malignity je stále přítomno, i když toto riziko by bylo sníženo, pokud by byly použity pouze oocyty.[5]

Jedna oblast budoucího výzkumu v této oblasti se bude zabývat zdrojem oocytů pro umělé vaječníky. Existuje potenciál pro indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC), které mají být použity jako alternativní zdroj k pacientově vlastnímu gamety. Ačkoli to ještě nebylo testováno s lidskými kmenovými buňkami, myši transplantované těmito buňkami se dokázaly úspěšně reprodukovat zrání in vitro a oplodnění.[5] Je však známo, že lidské iPSC mají mitochondriální DNA mutace, i když jsou izolovány od zdravých dárců, je tedy v této oblasti ještě třeba vykonat více práce.[6]

Jak jsou vyrobeny

Ovariální tkáň podstoupí postupné kultivační kroky k (doufejme) produkci oplodnitelných zralých oocytů:[2]

  1. Kultivujte kortikální ovariální tkáň, abyste zesílili prvotní folikul (nezralý folikul) růst a izolovat prvotní a primární folikuly
  2. Kultivujte rostoucí ovariální folikuly v 3D mikroprostředí
  3. Izolujte a kultivujte nezralé oocyty ve snaze produkovat zralé oocyty, které jsou připraveny IVF nebo kryokonzervace

Kultivace kortikální tkáně vaječníků a izolace folikulů

Běžným zdrojem použité tkáně vaječníků je tkáň vyříznutá pacientovi před léčbou rakoviny, která je následně kryokonzervována.[7] Tkáň se poté kultivuje, aby aktivovala primordiální folikuly a umožnila jim vývoj.[2] Pro izolaci folikulů se jako nejúčinnější metoda pro získání vysokého množství folikulů při zachování jejich kvality ukázala kombinace enzymatického a mechanického trávení tkání.[8] Použité enzymy, liberáza DH a DNáza, jsou vyráběny správnou výrobní praxí (GMP), aby plně vyhověly směrnicím GMP, aby byla zajištěna jejich budoucí aplikace u pacientů. Proces enzymatického štěpení se inaktivuje každých 30 minut a suspenze se filtruje, aby se umožnilo odstranění plně izolovaných folikulů a snížila se zbytečná expozice enzymu, což by mohlo vést k poškození jejich bazální membrány a jejich smrti.[8]

Při regeneraci izolovaných folikulů mohou být nechtěně získány maligní buňky, což představuje riziko opětovného zavedení maligních buněk do pacienta.[8] Aby se minimalizovalo riziko kontaminace, izolované folikuly podstoupí promývací krok, který zahrnuje promytí folikulů třikrát čerstvým disekčním médiem, aby se oddělily od okolních izolovaných buněk.[2][8]

Kultivace rostoucích folikulů v 3D mikroprostředí

Izolované folikuly jsou poté zapouzdřeny v 3D matrici a kultivovány po dobu až 4 týdnů.[7] Použitý materiál musí splňovat biologickou bezpečnost a klinicky kompatibilní standardy, jako je adekvátní ochrana a podpora folikulů a přizpůsobivost teplotě lidského těla, pokud mají být pacientovi transplantovány umělé vaječníky.[5] Potenciální materiály se dělí na syntetické polymery a přírodní polymery.[8] Syntetické polymery mají tendenci být předvídatelnější než přírodní polymery, pokud jde o jejich rychlost degradace a jejich mechanické vlastnosti lze přizpůsobit konkrétním klinickým požadavkům.[8] Ačkoli neobsahují základní molekuly pro buněčnou adhezi, lze je stimulovat pomocí bioaktivních faktorů.[8] Jediným dosud používaným syntetickým polymerem byl poly (ethylenglykol), který vyvinul nezralé myší folikuly do antrálních folikulů a žlutých tělísek.[8][5]

Přírodní polymery obsahují bioaktivní molekuly, které hrají roli v buněčná adheze, migrace, šíření a diferenciace.[8] Chybí jim však mechanická pevnost a přizpůsobivost, kterou mají syntetické polymery.[8] Na rozdíl od syntetických polymerů došlo k úspěchu u širší řady přírodních polymerů: kolagen, plazmatické sraženiny, fibrin, alginát a decellularizovaná ovariální tkáň.[8][5]

Mikroprostředí struktury by mělo napodobovat prostředí přirozeného vaječníku, takže umělý vaječník by měl podporovat folikuly strukturálně, ale také buněčně.[8] Ovariální stromální buňky jsou integrovány do mikroprostředí, protože hrají důležitou roli v časném vývoji folikulů.[8] Uvolňují různé faktory, které pozitivně regulují přechod prvotních folikulů do primárních folikulů, ale také uvolňují další buňky, které se diferencují na buňky theca; ty, které hrají podpůrnou roli pro růst folikulů a produkci sexuální steroidy jako androstendion a testosteron.[8] Toho lze dosáhnout izolací z druhé čerstvé biopsie vaječníků, jakmile pacientka dokončí léčbu rakoviny, čímž se zabrání možné kontaminaci.[8] Endoteliální buňky by měly být rovněž přepravovány společně, protože jsou klíčem k podpoře angiogeneze umělého vaječníku.[8]

Kultura oocytů

Nezralé oocyty jsou získány z umělého vaječníku a kultivovány in vitro po dobu dalších 24–48 hodin, což jim umožňuje zralé oocyty, které jsou připraveny pro IVF nebo vitrifikace (kryokonzervace).[7]

Myší modely

Počáteční experimenty

Většina znalostí o umělém vaječníku byla objevena pomocí myších modelů. Počáteční experimenty v 90. letech byly prováděny na myších, které viděly roubování preantrálních folikulů na umělý vaječník vyrobený z kolagenu.[8] Ukázalo se, že preeantrální folikuly podstoupily růst in vitro (IVG) proto naznačuje, že kolagenová matrice by mohla být pro umělý vaječník vhodná.[8] Navzdory pozitivním výsledkům byl růst doprovázen atrézie antrálních folikulů, což znamená, že bylo nutné hledat jiné alternativy ke kolagenu, které umožnily růst folikulů, když byl umělý vaječník implantován zpět do myši.[8]

Přírodní matice v modelu myši

Od té doby byla testována řada různých přírodních matric z hlediska jejich užitečnosti jako umělého vaječníku. Patří sem fibrin, alginát a decellularizovaný lidský vaječník, které prokázaly in vitro zrání, produkci struktury podobné vaječníkům a produkci potomků po transplantaci do myší.[8][1] Kromě toho, že tyto události byly pozorovány samostatně, byl na myším modelu prokázán úplný proces vývoje od naroubování preantrálních folikulů na vaječník až po narození živého potomka.[1]

Syntetické matice v modelu myši

Kromě těchto přírodních matric byla u myší testována také řada syntetických matric. Syntetické matrice mají tu výhodu, že je lze vyrábět ve velkém množství a dlouhodobě uchovávat.[1] Neobsahují však biologické faktory potřebné pro buněčnou adhezi, a proto vytvářejí další vrstvu složitosti.[8] Doufáme, že znalosti, které jsme získali pomocí myších modelů, lze jednoho dne klinicky aplikovat, ať už pomocí přírodních nebo syntetických matric.

Obnova puberty u myší

Nejen, že umělé vaječníky prokázaly schopnost obnovit plodnost, ale byly dále spojeny s úplnou obnovou hormon výroba vedoucí k puberta. Bylo prokázáno, že transplantace lidského decellularizovaného umělého vaječníku obsahující myší primární folikuly indukuje pubertu u myší bez oocytů podporou estradiol a inhibin B Výroba.[9] Poté se ukázalo, že myši jsou schopné produkovat životaschopné potomky, což naznačuje, že umělé vaječníky mohou být užitečné u žen, které neprošly pubertou.[10]

Lidské modely

Mohlo by existovat mnoho možných aplikací lidských umělých vaječníků.

In vitro zralé oocyty v IVF a kryokonzervace

Jednou objevující se aplikací lidských umělých vaječníků by bylo použití oocytů, které prošly in vitro zráním (IVM) v IVF nebo kryokonzervací. Získávání oocytů následná IVM nevyžaduje hormonální stimulaci a může být rychlou procedurou, proto by byla výhodná při zachování plodnosti onkologických pacientů - zejména tam, kde musí chemoterapie začít co nejdříve.[11]

Re-transplantace ovariálních folikulů pěstovaných in vitro

Další možnou klinickou aplikací lidských umělých vaječníků je re-transplantace ovariálních folikulů, které byly pěstovány in vitro. Na zvířecích modelech byly pre-antrální ovariální folikuly pěstovány in vitro, poté izolovány a implantovány do biologicky odbouratelného 3D umělého vaječníku pro re-transplantaci zpět do vaječníku zvířete.[2] Tato metoda prokázala potenciální úspěch na zvířecích modelech, ale u lidí zatím zůstává teoretickým konceptem.

Re-transplantace ovariální tkáně aktivovaná in vitro

Třetí možnou klinickou aplikací je re-transplantace tkáně vaječníků aktivované in vitro. To by umožnilo odebrat ovariální tkáň pacientovi, aktivovat in vitro a poté autotransplantovat stejnému pacientovi. Tato léčba se však nedoporučuje u pacientů s rakovinou, která může metastazovat do vaječníků (např. Leukémie), nebo u pacientů s rakovinou. ovariální karcinomy kvůli obavám, že rakovinné buňky mohou být znovu implantovány zpět do pacienta. Autotransplantace aktivované ovariální tkáně do široké vazivo dělohy, ovariální fossa nebo zbývající vaječník lze dokončit do laparoskopie nebo mini-laparoskopické procedury. Tento postup vedl k porodu zdravých potomků pacientek trpících předčasnou nedostatečností vaječníků.[2][1]

Budoucí možnosti

Je zapotřebí dalšího výzkumu, aby se výše uvedené postupy staly úspěšnějšími. Jednou z oblastí, ve které výzkum pokračuje, je oblast 3D tištěné vaječník. Mohlo by být vytvořeno 3D vytištěné mikroporézní hydrogelové lešení, do kterého by mohly být implantovány izolované ovariální folikuly. To by podporovalo další růst folikulů in vivo po transplantaci. Plná endokrinní a reprodukční funkce vaječníků byla obnovena u sterilizovaných myší pomocí této metody.[2]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E Anderson, Richard A .; Wallace, W. Hamish B .; Telfer, Evelyn E. (2017). „Kryokonzervace tkáně vaječníků pro zachování plodnosti: klinické a výzkumné perspektivy“. Lidská reprodukce otevřená. 2017 (1): hox001. doi:10.1093 / hropen / hox001. ISSN  2399-3529. PMC  6276668. PMID  30895221.
  2. ^ A b C d E F G Salama, Mahmoud; Woodruff, Teresa K. (květen 2019). „Od stolu k posteli: Aktuální vývoj a budoucí možnosti umělého lidského vaječníku obnovit plodnost“. Acta Obstetricia et Gynecologica Scandinavica. 98 (5): 659–664. doi:10.1111 / aogs.13552. ISSN  1600-0412. PMID  30714119. S2CID  73449839.
  3. ^ Chiti, M. C .; Dolmans, M. M .; Donnez, J .; Amorim, C. A. (červenec 2017). „Fibrin v reprodukčním tkáňovém inženýrství: Přehled jeho aplikace jako biomateriálu pro zachování plodnosti“. Annals of Biomedical Engineering. 45 (7): 1650–1663. doi:10.1007 / s10439-017-1817-5. ISSN  0090-6964. PMID  28271306. S2CID  4143718.
  4. ^ Donnez, Jacques; Dolmans, Marie-Madeleine; Pellicer, Antonio; Diaz-Garcia, Cesar; Sanchez Serrano, Maria; Schmidt, Kristen Tryde; Ernst, Erik; Luyckx, Valérie; Andersen, Claus Yding (květen 2013). „Obnova činnosti vaječníků a těhotenství po transplantaci kryokonzervované tkáně vaječníků: přehled 60 případů reimplantace“. Plodnost a sterilita. 99 (6): 1503–1513. doi:10.1016 / j.fertnstert.2013.03.030. PMID  23635349.
  5. ^ A b C d E F G h Cho, Eun; Kim, Yoon Young; Noh, Kevin; Ku, Seung-Yup (srpen 2019). „Nová možnost zachování plodnosti: umělý vaječník“. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 13 (8): 1294–1315. doi:10,1002 / termín 2870. ISSN  1932-7005. PMID  31062444.
  6. ^ Prigione, Alessandro; Lichtner, Björn; Kuhl, Heiner; Struys, Eduard A .; Wamelink, Mirjam; Lehrach, Hans; Ralser, Markus; Timmermann, Bernd; Adjaye, James (2011). „Pluripotentní kmenové buňky indukované člověkem zajišťují homoplazmatické a heteroplazmatické mitochondriální mutace DNA při zachování metabolického přeprogramování podobných embryonálním kmenovým buňkám“. Kmenové buňky. 29 (9): 1338–1348. doi:10,1002 / kmen 683. ISSN  1549-4918. PMID  21732474.
  7. ^ A b C Salama, M .; Anazodo, A .; Woodruff, T. K. (1. listopadu 2019). „Zachování plodnosti u pacientek s hematologickými malignitami: multidisciplinární přístup k onkofertilitě“. Annals of Oncology. 30 (11): 1760–1775. doi:10.1093 / annonc / mdz284. ISSN  1569-8041. PMID  31418765.
  8. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó str q r s t u Dolmans, Marie-Madeleine; Amorim, Christiani A. (listopad 2019). „OCHRANA Plodnosti: Stavba a používání umělých vaječníků“. Reprodukce (Cambridge, Anglie). 158 (5): F15 – F25. doi:10.1530 / REP-18-0536. ISSN  1741-7899. PMID  31075758.
  9. ^ Fisch, Benjamin; Abir, Ronit (červenec 2018). „Zachování ženské plodnosti: minulost, přítomnost a budoucnost“. Reprodukce. 156 (1): F11 – F27. doi:10.1530 / REP-17-0483. ISSN  1470-1626. PMID  29581237.
  10. ^ Laronda, Monica M. (červenec 2020). „Inženýrství bioprotetického vaječníku pro plodnost a obnovu hormonů“. Theriogenologie. 150: 8–14. doi:10.1016 / j.theriogenology.2020.01.021. PMID  31973967.
  11. ^ Ellenbogen, A .; Shavit, T .; Shalom-Paz, E. (2014). „Výsledky IVM jsou srovnatelné a mohou mít výhody oproti standardnímu IVF“. Fakta, pohledy a vize v ObGyn. 6 (2): 77–80. ISSN  2032-0418. PMC  4086019. PMID  25009730.