人造卵巢的研究進展

吳思婷，李 娜，魏敏麗，鄭莉萍,3*

(南昌大學 江西醫學院 1.護理學院；2.江西省生殖生理與病理重點實驗室；3.醫學實驗教學中心，江西 南昌 330000)

卵巢(ovary)作為女性的生殖器官，具有生殖功能和分泌性激素功能。隨著環境變化、生活與工作壓力加大等原因的出現，女性卵巢功能提前減退發病率日益增多，且發病年齡逐年下降，對女性患者的生活質量構成嚴重影響[1]。近年來，針對逐年增加的腫瘤患者，放化療治療一方面在提高女性癌患者生存率方面起著重要作用，另一方面也常常導致其卵巢早衰和不孕[2]。故探究卵巢功能的保持與重塑對于改善女性生活質量和恢復生育能力具有重要意義。2010年首次報道“人造卵巢(artificial ovary)”，為重塑卵巢功能提供了一個嶄新的選擇[3]，同年被美國《時代》(Time)周刊列為十大醫學突破之一，引起全球生殖科學者的關注和積極探索[4]。本文主要從“人造卵巢”的概念、制造方法簡要介紹以及所需要的條件與因素等方面進行綜述，并提出發展趨勢，為重塑或替代卵巢功能提供參考。

1 人造卵巢的概念

科學家模擬卵巢結構構造模型，并將該模型植入雌性活體內能替代卵巢發揮作用。一般情況下從組織中分離竇前卵泡并封裝于基質中，維持卵泡3D結構情況下構建卵巢模型并進行移植入體，該模型取代卵巢發揮作用，為卵泡提供適宜的生存環境，促進卵泡生存發育[5-6]。

2 人造卵巢制造方法簡要介紹

一般來說，人造卵巢模型由基質構成的支架封裝、保護和維持卵泡的3D結構，基質能夠有效降解來促進卵泡的生存發育、細胞的增殖分化以及血管的形成。研究人員于2010年研制了第一個“人造卵巢”，研究人員從育齡女性竇前卵泡中分離鞘細胞和顆粒細胞，將其植入微模凝膠中組成三維顯微組織，進行體外培養卵母細胞至其成熟，該研究也可以作為卵泡的生理性和毒理性研究[3]。這個人造卵巢的構建為生育研究提供了一個有潛力的新工具并可運用于不孕治療。一項研究顯示，科學家成功研制出3D打印卵巢并運用于小鼠體內并繁殖后代[7],7只小鼠里有3只用新卵巢排卵并正常懷孕生下健康的鼠崽[8]。

3 條件與因素

3.1 基質(substrate)層面

人造卵巢作為一個新取代“卵巢樣”結構，為卵泡提供適當的生存環境，基質需要降解來促進卵泡生長、血管形成以及周圍細胞分化。不同的材料被用來構建人造卵巢，血漿凝塊作為自體材料被成功作為生物材料移植細胞，由于其良好的相容性以及富含生長因子，促進細胞的黏附、增殖與分化[9]，但其存在降解率快，卵泡易丟失等缺點。纖維蛋白凝膠由纖維蛋白原與凝血酶組成，由于其具有低炎性反應、相容性好、良好的降解能力以及促進血管形成等優點被廣泛運用于在組織工程中充當基質[10]。而且，其降解率、硬度、形狀以及纖維結構可以根據纖維蛋白原與凝血酶的濃度調節[11]。藻鹽酸不僅在移植人造卵巢中而且在體外培養人造卵巢中用于封裝分離出的卵泡，其良好的生物相容性以及廣泛性在再生醫學中被廣泛充當基質[12]。膠原同樣被廣泛運用于工程組織中。合成聚合物由于其生物相容性以及其降解率、多孔性、彈性可以依據臨床應用進行調整運用于再生醫學中[13]。卵巢進入皮質和髓質區域存在不同的硬度，因此在選用生物材料策略同時考慮空間變化來模擬結構使人造卵巢的性能和功能達到最佳。未來的研究需要進一步實驗根據需要選用合適的基質來構建人造卵巢。

3.2 卵泡(follicle)層面

卵泡是卵巢的基本單位，卵泡的生存發育影響著卵巢功能。構建人造卵巢關鍵的一步是從卵巢組織中分離卵泡，不同的分離方法影響著卵泡的分離質量，卵泡移植不僅要考慮移植的數量，而且需要注重移植卵泡的質量。近年來，探索出不同的分離卵泡的方法，科學家優化了分離卵泡的技術運用于臨床實踐中。在構建人造卵巢的過程中，發現運用腫瘤分離酶對卵巢皮質進行消化提取卵泡相比運用釋放酶提取卵泡在植入后卵泡的活性力更好[14]。根據個體開發了一種量身定制的卵泡分離程序，最大程度提高了分離卵泡的質量和數量，可以運用于人造卵巢的臨床實踐中[15]。初步發現在使用低濃度纖維蛋白酶原為基質構造人造卵巢過程中，相比植入原始-初級卵泡，植入次級卵泡恢復率高于前者。維持卵母細胞和顆粒細胞之間的聯系對于促進卵泡的生成很有必要[16]。一般情況下，卵泡需要維持3D結構來維持顆粒細胞與卵母細胞之間的聯系，因此構建人造卵巢需要有效維持卵泡的3D結構，創造適合卵母細胞成熟的條件。關于構建人造卵巢，明確哪些因素影響卵泡的生成過程很必要，這樣能在植入第一時間控制卵泡的生存與發育。

3.3 細胞(cellular)層面

在構建人造卵巢的過程中，并入卵巢細胞對于刺激卵巢微環境以及促進卵泡的生存和成熟起著重要作用。卵巢細胞(間質細胞和內皮細胞)的分離可以像分離卵泡一樣從卵巢組織中分離。通過評估從皮質和髓質、冷凍和新鮮卵巢中分離卵巢細胞發現，在新鮮髓質的卵巢中分離出的細胞數量多且有效性高以及有利于改善移植后血管的形成[17]。卵巢間質細胞對于早期卵泡的形成很有必要，為卵泡提供結構支持以及傳達信號。在移植卵巢細胞的研究中，科學家發現從人類卵巢組織中分離的間質細胞的存在可以提高基質的降解率以及在異種移植之后易形成卵巢樣結構[18]。卵泡的生存發育離不開血液的供應，在移植的第1個月血管的形成對于卵泡的存活異常關鍵，因此移植人造卵巢要積極促成血管的形成。內皮細胞對改善血管形成條件起重要作用，科學家同樣發現在移植人造卵巢同時移植內皮細胞在促進血管形成方面的重要性[18]。

3.4 血管化(vascularized)層面

移植后由于沒有血液的灌注，缺血會導致大量原始卵泡的丟失，直接影響移植的成功率。因此，移植后血管的形成對于移植成功有重要意義，具備有孔結構的支架以及一些促血管形成因子的加入有利于改善血管形成條件。有研究發現在小鼠腹主動脈植入有孔的支架被證實能增加血管化，有孔結構有利于氧氣交換以及代謝物排出，為卵泡生存發育創造良好環境[19]。血管生成因素可以通過化學方法或者物理方式嵌入支架。基本成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)有促成血管形成的作用，科學家研究發現將釋放bFGF的支架移入小鼠體內誘導血管形成。除了維持顆粒細胞與卵母細胞必要的聯系、植入間質細胞與內皮細胞提供結構支持以及改善移植后血管形成條件來促進卵泡的生存與發育[20]，從冷凍組織中分離卵泡需要評估是否引入癌細胞，研究者在用纖維蛋白封膠的人造卵巢中植入100個左右白血病細胞，移植20周后觀察發現沒有出現白血病跡象[21]。但是在臨床上，即使最輕微的風險也應該避免，移植前確保清除惡性癌細胞。

4 未來與展望

人造卵巢其結構和組成與天然卵巢相當，同時具備正常的分泌性激素與生育功能。人造卵巢的出現為卵巢功能減退年輕患者重塑卵巢功能恢復生育力迎來曙光，也可以用于絕經患者改善絕經期女性癥狀，提高女性絕經期生活質量。此外，亦可以用作體外藥物試驗以及一些生物學機制研究。

目前，構建人造卵巢依舊處于起步階段，大多數實驗都是在小鼠體內進行，人類的卵泡大小以及生理周期與小鼠存在差別，接下來需要進一步在人體進行實驗驗證。未來，在什么位置植入人造卵巢最佳發揮其生殖功能和分泌功能以及對人造卵巢壽命的考量也是科學家需要解決的問題。近年來以干細胞和生物材料為主的再生醫學也將成為未來人類生命科學及醫學診療新的突破口，為重塑卵巢功能指引新的方向。人造卵巢在人造生殖技術領域邁出了堅實的一步，相信在不久的將來，人造卵巢會成功運用于人體，在重塑卵巢功能方面開辟新天地。