Die Oogenese ist ein hochregulierter und komplexer Prozess, der zur Bildung reifer Eizellen führt. Bei Säugetieren beginnt die Oogenese in den fetalen Eierstöcken, wo primordiale Keimzellen (PGCs) zu primären Oozyten differenzieren. Jede primäre Oozyte ist von einer Schicht von plattenepitheligen Prägranulosenzellen umschlossen, die ein urzeitliches Follikel bilden. Die meisten dieser urzeitlichen Follikel werden nach der Bildung ruhend und dienen als Ovarialreserve 1,2,3. Im adulten Eierstock ist die periodische Aktivierung primordialer Follikel für die Follikelentwicklung, bekannt als Follikogenese, entscheidend für die Aufrechterhaltung der Produktion reifer Eizellen und ovarialer Steroidhormone 4,5. Ohne Aktivierungssignale können menschliche Primordialfollikel bis zu 50 Jahre ruhend bleiben. Die verlängerte Ruhephase kann zu einer verminderten Eizellqualität beitragen sowie zu einer erhöhten Rate des primordialen Follikelverlusts in alternden Eierstöcken6. Die Mechanismen, wie ein bestimmter Follikelpool aktiviert wird, während andere ruhig bleiben und periodischen Zelltod erleiden, bleiben offene Fragen.
Der Prozess der Oogenese ist bei Säugetieren hochgradig konserviert, was Mäuse zu einem idealen Modell zur Untersuchung der Oogenese von Säugetieren7 macht. Bei Mäusen ist die urzeitliche Follikelbildung bis zum postnatalen Tag 4 (P4) abgeschlossen. Ein kleiner Anteil der primordialen Follikel durchläuft unmittelbar nach ihrer Bildung eine follikelare Entwicklung. Während der Follikelentwicklung vergrößert sich die Eizelle aufgrund verstärkter Organogenese sowie der mRNA- und Proteinsynthese4. Plattenepithel-Granulosazellen wandeln sich in kuboidale Granulosenzellen und werden proliferativ8. Diese sich entwickelnden Follikel erreichen etwa am 21. Tag die ovulative Phase, zu der weibliche Mäuse die Pubertät erreichen. Diese Phase der Follikelentwicklung in postnatalen Eierstöcken wird allgemein als 'Erstwellenfollikulogenese' bezeichnet. Da die Follikogenese der ersten Welle stark dem Prozess der Follikelentwicklung entspricht, bieten postnatale Maus-Eierstöcke ein ideales Modell zur Untersuchung der primordialen Follikelregulation und der ovarialen Follikogenese9.
Die Klassifikation der Ovarialfollikel basiert hauptsächlich auf der Kernmorphologie der somatischen Follikelzellen und der Größe der Eizelle. Bei Maus-Eierstöcken wird der ruhende Primordialfollikel durch eine einzelne Schicht von plattenepitheligen Pregranulosa-Zellen identifiziert, die eine primäre Eizelle mit einem Durchmesser von etwa 20 μm umschließen. Sich entwickelnde Follikel lassen sich in primäre, sekundäre, tertiäre und antrale Follikel einteilen. Das primäre Follikel enthält eine Eizelle, die typischerweise über 25 μm im Durchmesser ist und von einer einzelnen Schicht kuboider Granulosenzellen umgeben ist (ergänzende Abbildung 1). Der sekundäre Follikel besteht aus zwei Schichten von Granulosazellen, während der tertiäre Follikel aus drei oder mehr Schichten von Granulosazellen besteht. Der antrale Follikel ist größer als der tertiäre Follikel, enthält mehrere Schichten von Granulosenzellen und besitzt eine flüssigkeitsgefüllte Höhle, die als Antrum bekannt ist. Mit der Entwicklung der Follikel nimmt die Eierzelle an Größe zu und erreicht bis zum Zeitpunkt des Eisprungs etwa 80 μm. Zusätzlich sind die sich entwickelnden Follikel von mehreren Schichten dünner Thecazellen umgeben, die sich außerhalb der Granulosazellenbefinden.
Die relativ geringe Größe der postnatalen Maus-Eierstöcke macht die gesamte Eierstockkultur zu einem praktischen Forschungsansatz. Diese Methode ermöglicht effektiv die Untersuchung der Eierstock- und Follikelentwicklung in einem intakten Eierstock, da sie die physischen und physiologischen Mikroumgebungen erhält und gleichzeitig Interferenzen durch das umliegende Gewebe minimiert12. Dieser Ansatz ermöglicht Experimente, die in vivo Modelle schwer durchzuführen wären. Beispiele sind Live-Imaging der Ovarialentwicklung, zeitgesteuerte Multi-Medikamenten-Behandlungen und die Analyse der ovarialen sekretorischen Aktivität mittels Proteinprofilierung des Kulturmediums13,14. Darüber hinaus kann dieser Ansatz angewendet werden, um die Wirkung sekretorischer Faktoren ohne direkte Zell-Zell-Interaktion durch Kokultivierungsexperimente zu untersuchen. In diesen Experimenten können verschiedene Gewebetypen auf separate Membraneinsätze innerhalb eines gemeinsamen Mediums15 platziert werden. Darüber hinaus könnte der Einsatz bedingter Gen-Knockout-Maus-Eierstöcke in vitro helfen, wichtige Mechanismen zu erläutern, die an der Aktivierung und dem Wachstum der primordialen Follikel beteiligt sind.
In diesem Artikel stellen wir Methoden zur Kultivierung postnataler Maus-Eierstöcke mittels Membraneinsätze und zur Quantifizierung ganzer Follikel in einem gesamten Eierstock vor (Abbildung 1). Zu den hier beschriebenen Techniken gehören 1) Dissektion neonataler Maus-Eierstöcke, 2) Kultur neonataler Maus-Eierstöcke, 3) Medienwechsel während der Kultur, 4) Gewebefixierung und Ganzmontage-Antikörperfärbung sowie 5) Gewebebildgebung und Follikelquantifizierung. Zusätzlich verwendete diese Studie Doxorubicin, um experimentell den Verlust des primordialen Follikels zu induzieren und so ein Modell zur Untersuchung der Mechanismen der Erschöpfung der Ovarialreserven zu erforschen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Anzahl der Eierstöcke pro Einsatz und ihre Positionierung innerhalb des Einsatzes während der Kultur die Zahl der primordialen Follikelzählungen beeinflusste. Dies unterstreicht die Bedeutung eines konsistenten Kulturaufbaus, um nicht-biologische Variationen der experimentellen Ergebnisse zu verhindern.