基于超临界二氧化碳技术构建人脱细胞卵巢支架:为卵巢组织工程带来新曙光

【字体: 时间:2025年05月14日 来源:BioMedical Engineering OnLine 2.9

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  原发性卵巢功能不全(POI)影响 1 - 3% 的 40 岁以下女性,现有治疗手段存在局限。研究人员开展基于超临界二氧化碳(scCO2)构建人脱细胞卵巢支架的研究,得出 1% SDS 预处理联合 scCO2的优化方案,为卵巢组织工程应用提供新途径。

  在当今社会,女性的寿命普遍延长,然而,这也带来了新的健康挑战。许多女性在绝经后的漫长岁月里,饱受雌激素减少带来的各种困扰,像潮热、失眠、不孕不育、骨质疏松以及心血管疾病等问题接踵而至。对于那些患有原发性卵巢功能不全(POI)的女性来说,情况更为糟糕,她们在 40 岁之前就提前进入了更年期,承受着比同龄人更多的痛苦。
目前,针对 POI 和提前绝经的治疗手段虽然不少,比如激素替代疗法(HRT)、卵巢组织冷冻保存、体外激活(IVA)以及干细胞疗法等,但这些方法都存在明显的缺陷。HRT 长期使用会增加患癌和心血管疾病的风险,让很多女性望而却步;IVA 和冷冻保存技术虽然旨在刺激休眠的原始卵泡以促进自然受孕,但卵泡耗竭和卵子质量的问题始终让人担忧。在这样的困境下,构建生物工程卵巢成为了科研人员们努力探索的新方向。

来自伊朗设拉子医科大学(Shiraz University of Medical Sciences)等机构的研究人员勇挑重担,开展了一项极具意义的研究。他们致力于开发一种基于超临界二氧化碳(scCO2)的优化方案,构建人脱细胞卵巢支架。研究成果意义重大,为卵巢组织工程的发展开辟了新的道路,相关论文发表在《BioMedical Engineering OnLine》杂志上。

研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先,他们精心收集了来自 transgender 志愿者和子宫内膜异位症患者的健康人卵巢组织作为样本。接着,通过 DNA 定量技术,精确测定组织中的 DNA 含量,以此来评估细胞的去除情况;利用组织学染色,如苏木精 - 伊红(H&E)染色、Masson 三色染色等,清晰观察细胞外基质(ECM)的结构和成分;借助扫描电子显微镜(SEM),直观地查看细胞的去除效果以及三维结构的保存状况;还通过 MTT 试验,严谨地评估支架的细胞相容性。

下面我们详细看看研究结果:

  • 脱细胞过程评估:实验分为两个阶段。在第一阶段,研究人员在 40°C 和 1.5 小时的条件下,分别使用 200 bar 和 300 bar 的 scCO2处理样本。结果显示,虽然样本的 DNA 含量显著降低,但并未达到既定的脱细胞标准。到了第二阶段,研究人员做出了两项改进。一组添加 70% 乙醇作为共溶剂,另一组则用 1% 十二烷基硫酸钠(SDS)进行预处理。最终发现,1% SDS 预处理 4 小时,再结合 200 bar、40°C、1.5 小时的 scCO2处理,能够使卵巢组织的 DNA 含量大幅降低至 30.33 ng/mg 干重,成功满足脱细胞标准。
  • ECM 保存的表征
    • 组织学染色结果:H&E 染色清晰地显示,经过 1% SDS 预处理结合 scCO2处理后,组织切片中几乎没有核酸物质,组织架构完整保留。Gomori 醛品红染色表明,弹性纤维在脱细胞组织中依然存在,且分布和结构与天然组织相似。Masson 三色染色发现,胶原蛋白在脱细胞组织中大量存在,其分布和结构完整性与天然组织相当。Periodic acid - Schiff(PAS)染色和阿尔辛蓝染色则显示,碳水化合物和糖胺聚糖(GAGs)在脱细胞组织中也得到了较好的保留。
    • GAGs 定量结果:对 GAGs 含量进行量化分析后发现,虽然脱细胞组织中的 GAGs 含量相较于天然组织有所下降,但仍成功保留了超过 70%。
    • SEM 评估结果:SEM 观察结果表明,脱细胞后的卵巢支架不仅有效去除了细胞,还完好地保留了微结构的完整性,卵巢表面上皮、纤维网络以及血管等结构都清晰可见。

  • 细胞毒性测定:MTT 试验的结果令人欣喜,接种在脱细胞支架上的人脐带间充质干细胞(HWJMSCs)在整个培养期都保持着活力,并且随着培养时间的增加,细胞的代谢活性显著提高,增殖情况良好。

在研究结论和讨论部分,研究人员提出的 1% SDS 预处理联合 scCO2的优化方案,成功解决了传统脱细胞方法存在的诸多问题,比如处理时间长、残留化学物质可能产生毒性等。该方案在有效去除细胞的同时,最大程度地保留了 ECM 的结构和功能,为细胞的黏附、迁移和增殖提供了理想的环境。不过,研究人员也指出,虽然取得了重要进展,但仍需进一步开展全面的安全性评估,包括免疫原性评估和体内研究,同时进行定量拉伸强度测试,以更全面地评估基于 scCO2的卵巢脱细胞支架在生理条件下的生物力学完整性。

总的来说,这项研究成果为卵巢组织工程领域注入了新的活力,为未来治疗 POI 和其他卵巢相关疾病带来了新的希望和方向。它为构建更加接近天然卵巢功能的生物工程卵巢奠定了坚实的基础,有望在未来改善众多女性的健康状况,让那些深受卵巢疾病困扰的女性看到了新的曙光。

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