3D打印的卵巢已经允许老鼠生下健康的后代。

这是西北大学妇女健康研究所伍德拉夫团队的另一项成就。三月份,该团队在芯片上模拟了月经周期。这一次,他们(团队的所有成员都是女性)打印出能够排卵的老鼠卵巢,卵子在受精后可以发育成健康的个体。该结果发表在周二的《自然通讯》杂志上。

该小组用水凝胶制作卵巢,并将未成熟的卵细胞注入雌性小鼠体内。人造卵巢像真正的器官一样,可以促进激素的产生,并挑选出一个卵细胞使其成熟并排出体外,从而为成功怀孕做准备。恢复生育能力也是这项研究的最终目标。

这项研究的不同之处在于人工结构中使用的材料,即上面提到的水凝胶。

该水凝胶由胶原蛋白水解制成,对人体无毒。一般来说,水凝胶结构松散,易于崩解。人造器官的柔韧性需要足以承受手术,并且包含足够的孔隙以允许身体组织与之相互作用。

三维印刷水凝胶“支架”的微观结构。/西北大学

经过一系列的实验,研究小组发现了一种叫做“支架”的结构,一系列紧密排列的微小口袋结构,这种结构使水凝胶能够自我支撑并提高卵细胞的存活率。3D打印技术在这种结构的发现和合成中起着关键作用,使得长度、角度等结构数据准确可控。

建筑物上的脚手架结构用于在高空安装组件。人工卵巢的“支架”结构具有相似的功能。内部的小孔径可以更好的包埋卵泡,提高其存活率,促进激素的产生。开放的结构也为卵细胞的成熟和排出留有空间,血管也可以延伸进去,让荷尔蒙在血液中循环。

研究小组将几十个卵泡植入支架结构,取出7只小鼠的卵巢,并将人工结构缝合在相应的位置。结果表明,小鼠的血管可以通过人工卵巢,卵泡可以从血液循环中获得氧气和营养。自然交配后,3只小鼠至少产下2只健康幼鼠,并能自然哺育和照顾它们,表明人工支架中卵泡激素分泌水平正常。

小鼠幼崽用染料染色,以确定它们是否是从人工卵巢的卵泡发育而来的。/西北大学

人工卵巢的研究目标是帮助那些患有癌症、不孕或激素相关发育问题风险增加的女性恢复生育能力。对于年轻的癌症患者,化疗对卵巢有很大的伤害。如果在化疗前可以切除卵巢并分离卵泡,治疗后可以植入新的卵巢。

然而,还有很长的路要走,因为人类的毛囊更大,生长更快,血管也更复杂。人工结构不能完全取代卵巢的功能,但人类实验可以从荷尔蒙产生结构的取代开始。该小组计划下一步用猪做实验,尽管仍有许多工作要做,伍德拉夫预测这项技术的人体试验不会超过十年。

3D打印器官的成功植入也将影响软组织再生医学的研究,逐步消除人工器官移植的障碍。此前,韩国医生为一名患者植入了一个钛鞋跟,用于3D打印,威克森林大学的科学家也开发了一种器官3D打印机。