Разработан функциональный биопротез яичника

Яичник, «напечатанный» на 3D-принтере, позволил стерильной мыши произвести на свет двух мышат. Об этом сообщается в новом исследовании, опубликованном в издании Nature Communications.

Соавтор исследования, репродуктолог и руководитель Исследовательского института женского здоровья (Women’s Health Research Institute) при Северо-Западном университете (Northwestern University) Тереза Вудрафф (Teresa Woodruff) уже назвала «распечатанный» биопротезный яичник «Святым Граалем биоинженерии в области репродуктивной медицины». По мнению Вудрафф, основной целью проекта является помощь онкологическим пациенткам, женщинам, ставшим бесплодными в результате лечения рака.

Яичники — важнейшая часть женской репродуктивной системы. Во-первых, в них вырабатываются половые гормоны. Во-вторых, пока женщина находится в репродуктивном возрасте, именно в яичниках раз в месяц созревают яйцеклетки, пригодные — если всё в порядке — к оплодотворению. Этот процесс носит название «овуляция» — и искусственный яичник должен уметь его воспроизводить.

Чтобы решить эту задачу, Вудрафф и её коллеги при помощи 3D-принтера создали специальный «каркас» из гидрогеля, материала, состоящего из 99% воды и небольшого количества полимера, придающего конструкции твёрдость. В каркасе были сделаны небольшие отверстия для размещения фолликулов, структурных элементов яичника.

Каждый фолликул содержит один ооцит (яйцеклетку), вокруг которого располагаются клетки, вырабатывающие гормоны. В процессе овуляции фолликул созревает, разрывается, и яйцеклетка выходит из яичника в маточную трубу.

Помимо пространства для созревания фолликулов, в искусственном яичнике нашлось место для кровеносных сосудов, обеспечивающих клетки кислородом и питательными веществами.

В ходе эксперимента биопротезные яичники были «засеяны» фолликулами и помещены внутрь самок мышей, собственные яичники которых были удалены. После спаривания каждая из подопытных мышей родила, по меньшей мере, двух мышат.

По словам Вудрафф, в организме мышей «распечатанные» яичники превратились в «функциональные мягкие трансплантаты». Животные-реципиенты действительно управляли развитием тканей яичников, поскольку наличие отверстий для кровоснабжения сделало каркас полноценным биопротезом.

Сейчас исследователи планируют улучшить свою разработку, причём в первую очередь они займутся работой над имеющимися в протезе отверстиями.

«Это первая версия биопротезного яичника, — рассказывает соавтор работы Рамиль Шах (Ramille Shah), доцент материаловедения и инженерии из Школы инженерии и прикладной науки Маккормика (McCormick School of Engineering and Applied Science), — и то, что она начала работать, было приятным сюрпризом.

Если вы посмотрите на поперечный срез искусственного яичника, вы увидите, что он содержит много отверстий различного размера и формы. Благодаря этому в нём могут размещаться фолликулы, находящиеся на разных этапах созревания.

Нужно, чтобы в биопротезе могли разместиться и мелкие, и более крупные фолликулы. Кроме того, фолликулы должны иметь возможность взаимодействовать между собой так, как они делают это в естественных условиях: один получает специальный сигнал и созревает, а другие остаются в «спящем» состоянии».

По словам Шах, структура обычного яичника намного сложнее структуры разработанного биопротеза. Однако исследовательница надеется максимально точно воспроизвести оригинал во второй версии «3D-яичника».

Ранее учёным уже удавалось «распечатывать» искусственные хрящи, мышцы и кости и успешно пересаживать их пациентам. Однако попытка воспроизвести яичник была проведена впервые.

По мнению доктора Энтони Атала (Anthony Atala), директора Института регенеративной медицины при медицинском центре Университета Уэйк-Форест (Wake Forest Institute for Regenerative Medicine), не принимавшего участия в работе, стратегия создания биопротезов с помощью 3D-печати выглядит следующим образом: сложные искусственные ткани, разработанные вручную, воспроизводятся при помощи принтера: «Печать даёт возможность менять размеры. Кроме того, она делает процесс воспроизводимым, ведь вы можете раз за разом распечатывать одну и ту же ткань с заданными параметрами. Благодаря 3D-печати обеспечивается точность, клетки можно разместить именно там, где они нужны. И, наконец, автоматизация процесса создания биопротезов со временем снизит их стоимость».

Сложно сказать, когда новая технология станет доступна пациентам. Авторы исследования надеются, что это произойдёт в ближайшие пять лет. Однако, по всей видимости, первые искусственные яичники, созданные для людей, не будут воспроизводить овуляцию — их единственной функцией станет выработка гормонов.

В мечтах исследователей — создание подхода, который помог бы девочкам, вынужденным проходить лечение от рака ещё до наступления полового созревания. По словам доктора Вудрафф, врачи могли бы извлекать яичник — или его часть — до начала химиотерапии, сохранять полученные ткани при помощи криотехнологий, а затем возвращать в организм пациентки уже в составе биопротеза. Отвечая на вопрос, почему нельзя просто вернуть яичник на своё место после окончания лечения, доктор Вудрафф пояснила: «Ткань, окружающая фолликулы, может содержать раковые клетки. А мы не хотим возвращать опухоль в тело пациентки. Пересадка фолликулов помогла бы минимизировать риск рецидива».