人造卵巢的研究进展

吴思婷，李 娜，魏敏丽，郑莉萍,3*

(南昌大学 江西医学院 1.护理学院；2.江西省生殖生理与病理重点实验室；3.医学实验教学中心，江西 南昌 330000)

卵巢(ovary)作为女性的生殖器官，具有生殖功能和分泌性激素功能。随着环境变化、生活与工作压力加大等原因的出现，女性卵巢功能提前减退发病率日益增多，且发病年龄逐年下降，对女性患者的生活质量构成严重影响[1]。近年来，针对逐年增加的肿瘤患者，放化疗治疗一方面在提高女性癌患者生存率方面起着重要作用，另一方面也常常导致其卵巢早衰和不孕[2]。故探究卵巢功能的保持与重塑对于改善女性生活质量和恢复生育能力具有重要意义。2010年首次报道“人造卵巢(artificial ovary)”，为重塑卵巢功能提供了一个崭新的选择[3]，同年被美国《时代》(Time)周刊列为十大医学突破之一，引起全球生殖科学者的关注和积极探索[4]。本文主要从“人造卵巢”的概念、制造方法简要介绍以及所需要的条件与因素等方面进行综述，并提出发展趋势，为重塑或替代卵巢功能提供参考。

1 人造卵巢的概念

科学家模拟卵巢结构构造模型，并将该模型植入雌性活体内能替代卵巢发挥作用。一般情况下从组织中分离窦前卵泡并封装于基质中，维持卵泡3D结构情况下构建卵巢模型并进行移植入体，该模型取代卵巢发挥作用，为卵泡提供适宜的生存环境，促进卵泡生存发育[5-6]。

2 人造卵巢制造方法简要介绍

一般来说，人造卵巢模型由基质构成的支架封装、保护和维持卵泡的3D结构，基质能够有效降解来促进卵泡的生存发育、细胞的增殖分化以及血管的形成。研究人员于2010年研制了第一个“人造卵巢”，研究人员从育龄女性窦前卵泡中分离鞘细胞和颗粒细胞，将其植入微模凝胶中组成三维显微组织，进行体外培养卵母细胞至其成熟，该研究也可以作为卵泡的生理性和毒理性研究[3]。这个人造卵巢的构建为生育研究提供了一个有潜力的新工具并可运用于不孕治疗。一项研究显示，科学家成功研制出3D打印卵巢并运用于小鼠体内并繁殖后代[7],7只小鼠里有3只用新卵巢排卵并正常怀孕生下健康的鼠崽[8]。

3 条件与因素

3.1 基质(substrate)层面

人造卵巢作为一个新取代“卵巢样”结构，为卵泡提供适当的生存环境，基质需要降解来促进卵泡生长、血管形成以及周围细胞分化。不同的材料被用来构建人造卵巢，血浆凝块作为自体材料被成功作为生物材料移植细胞，由于其良好的相容性以及富含生长因子，促进细胞的黏附、增殖与分化[9]，但其存在降解率快，卵泡易丢失等缺点。纤维蛋白凝胶由纤维蛋白原与凝血酶组成，由于其具有低炎性反应、相容性好、良好的降解能力以及促进血管形成等优点被广泛运用于在组织工程中充当基质[10]。而且，其降解率、硬度、形状以及纤维结构可以根据纤维蛋白原与凝血酶的浓度调节[11]。藻盐酸不仅在移植人造卵巢中而且在体外培养人造卵巢中用于封装分离出的卵泡，其良好的生物相容性以及广泛性在再生医学中被广泛充当基质[12]。胶原同样被广泛运用于工程组织中。合成聚合物由于其生物相容性以及其降解率、多孔性、弹性可以依据临床应用进行调整运用于再生医学中[13]。卵巢进入皮质和髓质区域存在不同的硬度，因此在选用生物材料策略同时考虑空间变化来模拟结构使人造卵巢的性能和功能达到最佳。未来的研究需要进一步实验根据需要选用合适的基质来构建人造卵巢。

3.2 卵泡(follicle)层面

卵泡是卵巢的基本单位，卵泡的生存发育影响着卵巢功能。构建人造卵巢关键的一步是从卵巢组织中分离卵泡，不同的分离方法影响着卵泡的分离质量，卵泡移植不仅要考虑移植的数量，而且需要注重移植卵泡的质量。近年来，探索出不同的分离卵泡的方法，科学家优化了分离卵泡的技术运用于临床实践中。在构建人造卵巢的过程中，发现运用肿瘤分离酶对卵巢皮质进行消化提取卵泡相比运用释放酶提取卵泡在植入后卵泡的活性力更好[14]。根据个体开发了一种量身定制的卵泡分离程序，最大程度提高了分离卵泡的质量和数量，可以运用于人造卵巢的临床实践中[15]。初步发现在使用低浓度纤维蛋白酶原为基质构造人造卵巢过程中，相比植入原始-初级卵泡，植入次级卵泡恢复率高于前者。维持卵母细胞和颗粒细胞之间的联系对于促进卵泡的生成很有必要[16]。一般情况下，卵泡需要维持3D结构来维持颗粒细胞与卵母细胞之间的联系，因此构建人造卵巢需要有效维持卵泡的3D结构，创造适合卵母细胞成熟的条件。关于构建人造卵巢，明确哪些因素影响卵泡的生成过程很必要，这样能在植入第一时间控制卵泡的生存与发育。

3.3 细胞(cellular)层面

在构建人造卵巢的过程中，并入卵巢细胞对于刺激卵巢微环境以及促进卵泡的生存和成熟起着重要作用。卵巢细胞(间质细胞和内皮细胞)的分离可以像分离卵泡一样从卵巢组织中分离。通过评估从皮质和髓质、冷冻和新鲜卵巢中分离卵巢细胞发现，在新鲜髓质的卵巢中分离出的细胞数量多且有效性高以及有利于改善移植后血管的形成[17]。卵巢间质细胞对于早期卵泡的形成很有必要，为卵泡提供结构支持以及传达信号。在移植卵巢细胞的研究中，科学家发现从人类卵巢组织中分离的间质细胞的存在可以提高基质的降解率以及在异种移植之后易形成卵巢样结构[18]。卵泡的生存发育离不开血液的供应，在移植的第1个月血管的形成对于卵泡的存活异常关键，因此移植人造卵巢要积极促成血管的形成。内皮细胞对改善血管形成条件起重要作用，科学家同样发现在移植人造卵巢同时移植内皮细胞在促进血管形成方面的重要性[18]。

3.4 血管化(vascularized)层面

移植后由于没有血液的灌注，缺血会导致大量原始卵泡的丢失，直接影响移植的成功率。因此，移植后血管的形成对于移植成功有重要意义，具备有孔结构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条件。有研究发现在小鼠腹主动脉植入有孔的支架被证实能增加血管化，有孔结构有利于氧气交换以及代谢物排出，为卵泡生存发育创造良好环境[19]。血管生成因素可以通过化学方法或者物理方式嵌入支架。基本成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)有促成血管形成的作用，科学家研究发现将释放bFGF的支架移入小鼠体内诱导血管形成。除了维持颗粒细胞与卵母细胞必要的联系、植入间质细胞与内皮细胞提供结构支持以及改善移植后血管形成条件来促进卵泡的生存与发育[20]，从冷冻组织中分离卵泡需要评估是否引入癌细胞，研究者在用纤维蛋白封胶的人造卵巢中植入100个左右白血病细胞，移植20周后观察发现没有出现白血病迹象[21]。但是在临床上，即使最轻微的风险也应该避免，移植前确保清除恶性癌细胞。

4 未来与展望

人造卵巢其结构和组成与天然卵巢相当，同时具备正常的分泌性激素与生育功能。人造卵巢的出现为卵巢功能减退年轻患者重塑卵巢功能恢复生育力迎来曙光，也可以用于绝经患者改善绝经期女性症状，提高女性绝经期生活质量。此外，亦可以用作体外药物试验以及一些生物学机制研究。

目前，构建人造卵巢依旧处于起步阶段，大多数实验都是在小鼠体内进行，人类的卵泡大小以及生理周期与小鼠存在差别，接下来需要进一步在人体进行实验验证。未来，在什么位置植入人造卵巢最佳发挥其生殖功能和分泌功能以及对人造卵巢寿命的考量也是科学家需要解决的问题。近年来以干细胞和生物材料为主的再生医学也将成为未来人类生命科学及医学诊疗新的突破口，为重塑卵巢功能指引新的方向。人造卵巢在人造生殖技术领域迈出了坚实的一步，相信在不久的将来，人造卵巢会成功运用于人体，在重塑卵巢功能方面开辟新天地。