Wissenschaftler, die 3D-Druck verwenden, haben funktionierende Eierstöcke entwickelt, mit denen eine sterile Maus gesunde Mäuse zur Welt bringen konnte. Eierstock-Bioprothesen bestehen aus einem porösen Skelett aus Gelatine-Tinte, das mit Follikeln gefüllt ist - winzigen, flüssigkeitshaltigen Säcken, die unreife Eizellen enthalten. Mit ihrer Hilfe war es möglich, die Hormonproduktion zu steigern und die Fruchtbarkeit bei Mäusen wiederherzustellen, was das ultimative Ziel der Studie war.
Bei Tests an Mäusen, bei denen ein Eierstock chirurgisch entfernt wurde, stellten die Wissenschaftler fest, dass die Implantate eine Woche lang mit dem Kreislaufsystem verbunden waren und die Eier weiterhin auf natürliche Weise durch die in die Gelatinestrukturen eingebetteten Poren freisetzten. Von den sieben Mäusen, die sich nach der Installation der Bioprothese paarten, brachten drei gesunde Mäuse zur Welt. Anschließend konnten sie Muttermilch essen und gesunde Würfe bekommen.
Wie unterscheidet sich diese Arbeit von anderen dreidimensionalen Druckstrukturen? Dies ist zunächst der Rahmen der Prothese und das Material, aus dem sie hergestellt wurde. Es ist Gelatine, ein biologisches Hydrogel aus gebrochenem Kollagen, das für den menschlichen Gebrauch unbedenklich ist.
Es gibt eine Reihe von Bedingungen, unter denen Sie eine erfolgreiche Bioprothese erstellen können, die von einem lebenden Organismus nicht verworfen wird. Es sollte aus organischen Materialien bestehen, die steif genug sind, damit die Bioprothese erfolgreich implantiert werden kann, aber gleichzeitig porös genug sind, um auf natürliche Weise mit dem Gewebe des Mauskörpers zu interagieren.
Die meisten Hydrogele sind sehr schwach, da sie hauptsächlich aus Wasser bestehen und oft von selbst abgebaut werden. Die Forscher berechneten jedoch experimentell die Temperatur der Gelatine, bei der sie nicht kollabiert und mehrere Schichten bilden kann.
Der dreidimensionale Druck wurde durch Aufbringen von Fasern durchgeführt. Auf diese Weise können Sie den Abstand zwischen den Fasern sowie den Vorschubwinkel zwischen den Schichten steuern, wodurch Sie eine Prothese mit verschiedenen Größen und Formen entwerfen können. Im Labor nennen die Forscher diese dreidimensionalen gedruckten Strukturen "Gerüste" und vergleichen sie mit dem Gerüst, das das Gebäude für die Dauer der Renovierung umgibt.
Eierstock-Bioprothesengitter wurden von Gelatineplatten gedruckt. Die Größe und Position der Löcher in den Strukturen wurden sorgfältig kontrolliert, so dass Dutzende von Follikeln gehalten und Blutgefäße mit Implantaten verbunden werden konnten. Aus den Implantaten wurden dann reife Eier freigesetzt, wie dies beim normalen Eisprung der Fall ist.
Diese Eierstockgeometrie organisiert direkt oder indirekt die hormonelle Unterstützung unreifer Eier, die sie umgeben. Dies ist die erste Studie, die zeigt, dass die prothetische Architektur das Überleben der Follikel beeinflusst. Laut den Forschern wäre dies ohne den Einsatz des dreidimensionalen Drucks nicht möglich gewesen.
Ein dreidimensional bedruckter Käfig wird mit einer Maus implantiert, und seine Poren können verwendet werden, um den Prozess des „Einklemmens“ von Follikeln oder unreifen Eiern in den Käfig zu optimieren. Die Prothese hilft den unreifen Eizellen und Zellen, die Hormone produzieren, zu überleben. Die offene Struktur ermöglicht es den Zellen auch, innerhalb des Implantats zu reifen, zu ovulieren und Blutgefäße zu bilden, so dass Hormone im Kreislaufsystem der Maus zirkulieren und nach der Geburt die Laktation auslösen.
"Jede Orgel hat ein" Skelett ". Wir haben gelernt, wie das „Skelett“ des Eierstocks aussieht, und es als Modell für die Implantation von Eierstock-Bioprothesen verwendet “, sagte Teresa Woodruff, Professorin für Geburtshilfe und Gynäkologie.
Offensichtlich ist das Drucken von Bioprothesen für Mäuse nicht das letzte Stadium der Studie. Die Bioprothetik der Eierstöcke sollte dazu beitragen, die Fruchtbarkeit und Hormonproduktion bei jungen Frauen wiederherzustellen, deren Fortpflanzungssystem durch die Krebsbehandlung geschädigt wurde. Bei solchen Frauen funktionieren die Eierstöcke häufig nicht mehr richtig, und die Patienten benötigen eine regelmäßige Hormonersatztherapie.
Die Chemotherapie und die hohen Strahlendosen zur Behandlung von Krebs können einige oder alle Eier von Frauen zerstören und sie einem Risiko für Unfruchtbarkeit und frühe Wechseljahre aussetzen. Und während Ärzte einige Fortschritte bei der Wiederherstellung der Fruchtbarkeit mit gefrorenem Eierstockgewebe erzielt haben, kann eine Bioprothese möglicherweise denjenigen helfen, für die die Transplantation nicht geeignet ist, nämlich sehr jungen Mädchen und Mädchen.
Die Mitautorin der Studie, Monica Laronda (Monica Laronda), stellte fest, dass eine Eierstockbioprothese Krebspatientinnen helfen kann, deren Eierstöcke so geschädigt sind, dass eine Hormontherapie erforderlich ist, um die Pubertät zu beginnen.
Wissenschaftler haben zuvor künstliche Eierstöcke für Mäuse geschaffen, aber dies ist die erste Arbeit, die 3D-Drucktechnologie verwendet. Es ist jedoch noch unklar, ob dieser Ansatz für Menschen genauso effektiv ist wie für Mäuse: Follikel beim Menschen sind viel größer und wachsen schnell, bis sie mit bloßem Auge sichtbar sind.
Andere Tierversuche, die vor fast zehn Jahren durchgeführt wurden, deuteten darauf hin, dass Frauen, die in einem späteren Alter eine Eierstocktransplantation hatten, nicht nur eine Wiederherstellung der Fruchtbarkeit, sondern auch andere vorteilhafte Wirkungen erfahren. Im Jahr 2010 stellten Wissenschaftler der Kato-Frauenklinik
fest, dass weibliche Mäuse nach einer Ovarialtransplantation länger leben. Beim Menschen ermutigt dieses Verfahren reife Frauen, die normalerweise inaktiv sind, nach ihrem Seelenverwandten zu suchen und Kinder zu bekommen. Die Forscher erkannten an, dass noch viel mehr Arbeit geleistet werden muss, um die Auswirkungen auf Frauen zu bewerten.
Fortschritte im dreidimensionalen Druck haben bereits einige Bereiche der Medizin verändert und es Ärzten ermöglicht, Teile herzustellen, die direkt in Patienten implantiert werden können. Im Jahr 2016 druckten südkoreanische Chirurgen einen Titan-Fersenknochen für eine Person, bei der ein Tumor entfernt wurde.
In der Zwischenzeit gaben Forscher aus North Carolina
bekannt, dass sie Ohren, Kiefer und Skelettmuskeln mit dreidimensional gedruckten Strukturen hergestellt hatten, die mit lebenden Zellen gefüllt waren. Andere Gruppen von Wissenschaftlern haben Gefäßnetzwerke
gedruckt , die für die Schaffung großer synthetischer Organe im Labor von entscheidender Bedeutung sind.
doi:
10.1038 / ncomms15261