מחקר זה קבע מודל תרבית תלת-ממדי (תלת-ממדי) התומך בהתפתחות הזקיקים האנושיים מהשלב המשני ועד האנטרי במבחנה. מערכת זו מאפשרת צמיחת זקיקים ויצירת אנטרום תוך שמירה על תכונות מולקולריות של תא סומטי, ומספקת מודל קריטי למחקר זקיקים אנושיים.
מאמר מחקר
* These authors contributed equally
מחקר זה קבע מודל תרבית תלת-ממדי (תלת-ממדי) התומך בהתפתחות הזקיקים האנושיים מהשלב המשני ועד האנטרי במבחנה. מערכת זו מאפשרת צמיחת זקיקים ויצירת אנטרום תוך שמירה על תכונות מולקולריות של תא סומטי, ומספקת מודל קריטי למחקר זקיקים אנושיים.
פוליקולוגנזה של שחלות אנושיות היא תהליך מורכב, מפוקח בקפדנות, שקשה לחקור אותו ישירות ב-vivo. למרות שמודלים במבחנה חיוניים למחקר מכניסטי, מערכות קיימות נשארות מתחת לאופטימליות משום שאינן יכולות לשחזר את הדינמיקה המרחב-זמנית של התפתחות הזקיקים. מחקר זה מציג מודל תרבית תלת-ממדי התומך בהתפתחות הזקיקים האנושיים מהשלב המשני ועד האנטרולי. מודל זה מצליח לשחזר אירועים מורפולוגיים מרכזיים ב-vivo , כולל צמיחה מתמשכת של זקיקים, שלב התפשטות בקוטר ברור מהיום העשירי, והיווצרות חלל אנטרי סביב היום ה-20. חשוב לציין שההתקדמות ההתפתחותית הזו הסתיימה בהצלחה בשליפת ביציות חיות בשלב הגרמינלית (GV). יתרה מזאת, ניתוח אימונופלואורסצנציה חשף דפוסי ביטוי מובחנים של קולטני גונדוטרופין בתאים סומטיים, בהתאם לזהות תאי גרנולוזה ותקה. תאים פנימיים דמויי גרנולוזה הציגו קולטן הורמונלי מגרה זקיקים גבוה (FSHR), בעוד שתאים חיצוניים דמויי תקה הראו ביטוי גבוה של קולטני הורמון (LHR). מודל זה מציע פלטפורמה חשובה לחקר פוליקולוגנזיס אנושי וטוקסיקולוגיה רבייתית, ומספק מקור לאופטימיזציה של מערכות תרביות זקיקים במבחנה להתפתחות שלב משני ועד שלב אנטרולי.
התהליך הפיזיולוגי של התפתחות זקיקי השחלות, מהשלב הראשוני ועד שלב הקדם-ביוצי, הוא יסודי לפוריות נשית1. תהליך זה כולל סדרה מתואמת מאוד של אירועים, כולל גדילה/הבשלה של ביציות והתפשטות/התמיינות תאי גרנולוזה2. הפרעות במנגנונים המורכבים הללו מהוות סיבה מרכזית לאי פוריות ותפקוד לקוי של השחלות. הבנה מפורטת של רשתות הרגולציה העומדות בבסיס פוליקולוגנזה—הכוללות איתות פאראקריני, אינטראקציות בין ביציות-תאים סומטיים, ודינמיקת מטריצות חוץ-תאיות—היא אפוא בעלת חשיבות פתופיזיולוגית קריטית. עם זאת, חקירה ישירה של פוליקולוגנזה אנושית ב-vivo נותרת מוגבלת על ידי מגבלות אתיות ומעשיות, מה שמעורר צורך במודלים אמינים במבחנה כדי להבהיר מנגנונים אלו. למרות ההתקדמות, עדיין קיימת מחסור קריטי במודל תרבותי ארוך טווח התומך בהתפתחות זקיקים אנושיים, במיוחד מהשלב המשני ועד האנטרולי.
בעוד שתרבות הזקיקים האנושית במטריצות דו-ממדיות (דו-ממדיות) או תלת-ממדיות (תלת-ממדיות) פיתחה הבנה מתקדמת של התפתחות הזקיקים המוקדמת 3,4, מערכות אלו נשארות מוגבלות בתמיכה בהתקדמות לשלבים מאוחרים יותר. ראוי לציין כי השגת פוליקולוגנזה אנושית במבחנה דרך שלבי התפתחות מאוחרים נותרת מאתגרת במיוחד בשל גודל הזקיקים הגדול יותר ולוח הזמנים הממושך של הבגרות5. אפילו בקרב מספר מוגבל של מערכות תרביות זקיקים במבחנה שהניבו בהצלחה ביציות MII, שיעורי הבגרות נשארים נמוכים (כ-20% לכל היותר)6,7,8,9. אולי אתגר יסודי יותר הוא חזרת המעבר משני לאנטרולי, שלב קריטי ומורכב מבחינה מבנית שטרם עוצב כראוי במבחנה.
מחקר זה קבע מודל תרבית תלת-ממדי התומך בהתפתחות במבחנה של זקיקים משניים אנושיים לזקיקים אנטרליים עם מבני חלל מובחרים. מודל זה מהווה פלטפורמה יסודית לחקירה נוספת של מנגנוני הרגולציה העומדים בבסיס התפתחות הזקיקים האנושיים ומשמש כנקודת ייחוס לאופטימיזציה עתידית של מערכות תרביות זקיקים המיועדות להתפתחות משנית לאנטרה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול מחקר זה נבדק ואושר על ידי ועדת האתיקה של בית החולים השלישי של אוניברסיטת פקין (אישור מס' M2024151). כל האפוטרופוסים החוקיים של קטינים המשתתפים במחקר חתמו על טופס ההסכמה המודעת.
מקור רקמה
רקמת המדולרית של השחלות האנושית ששימשה בפרוטוקול זה התקבלה מארבעה מטופלים ילדים שאובחנו עם טרטומה בשחלות (בגילאי 2, 6, 13 ו-16) שתרמו רקמת שחלה למטרות מחקר (טבלה 1). קליפת השחלה שימשה למחקרי קריושימור רקמות שחלות, בעוד ששאר הרקמה המדולרית שימשה לתרבות זקיקים במבחנה במחקר זה. בסך הכל בודדו 33 זקיקים משניים, כאשר 16 זקיקים הוקצו לקבוצת הביקורת ו-17 לקבוצת התרבית התלת-ממדית.
הכנת ריאגנט
מדיום ההובלה כלל את מדיום L-15 של לייבוביץ' שהושלף בתוסף סרום של 10% ואוחסן בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס. תמיסת העיכול המלאה הוכנה על ידי תוספת של 0.04 מ"ג/מ"ל ליבראז DH ל-MEMα, 10 IU/mL DNase I, ו-100 IU/mL פניצילין-סטרפטומיצין, ונשמרה בטמפרטורה של -20°C. תמיסת עצירת העיכול הושלמה DPBS עם תוסף תחליף לסרום של 10% ונשמרה בטמפרטורה של 4°C. מדיום הגידול המלא הוכן על ידי תוספת MEMα עם 10% תוסף סרום תחליף, 1% אינסולין-טרנספרין-סלניום, 50 מיקרוגרם/מ"ל L-אסקורביק, 2 מ"מ נתרן פירובאט, ו-100 IU/mL פניצילין-סטרפטומיצין. המדיום אוחסן בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס. הורמון מגרה זקיקים אנושיים רקומביננטיים (FSH) נוסף לריכוז סופי של 100 mIU/mL בתחילת התרבית, כפי שתואר במחקר קודם10. עם זיהוי חזותי של היווצרות אנטרום מוקדמת (בסביבות היום ה-20), הורמון הלוטאיניזציה האנושי הרקומביננטי (LH) הושלם לריכוז סופי של 10 mIU/mL במהלך שינויים בבינוניים. מטריצת התרבית המוצקה הוכנה על ידי ערבוב מטריצת ממברנת בסיס של 70% (v/v) עם מדיום גדילה מלא קרח של 30% (v/v) ונשארה על הקרח בכל שלבי הטיפול.
עיכול רקמות ובידוד משני של זקיקים
רקמת השחלה הונחה במדיום הובלה והועברה למעבדה בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס. בתנאים סטריליים, המדולה של השחלות ננתכה באמצעות סכין מנתח. הרקמה חולקה לחתיכות דקות (~3 × 3 × 1 מ"מ) ופורקה לחלקים קטנים (~0.5 × 0.5 × 1 מ"מ) באמצעות חותך רקמות, תוך שמירה על לחות הרקמה לאורך כל הדרך. הרקמה הטחונה הועברה לצלחת בגודל 35 מ"מ, ותמיסת עיכול מלאה מחוממת מראש נוספה בקצב של 2 מ"ל ל-100 מ"ג רקמה. הדגירה בוצעה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 45–80 דקות (ממוצע: 60 ± 15 דקות), עם ערבוב עדין כל 10 דקות. העיכול הופסק כאשר בדיקה מיקרוסקופית גילתה התרופפות של מטריצת הסטרומל ושחרור זקיקים בודדים (איור 1). זקיקים משניים בריאים (קוטר 100–200 מיקרון, עם ≥ 2 שכבות תאי גרנולוזה וביצית נראית) נבחרו תחת מיקרוסקופ סטריאופסקופ באמצעות פיפטה מזכוכית מבוקרת בפה (קוטר פנימי 200 מיקרון) ונשטפו פעמיים עם מדיום גדילה מלא מחומם מראש.
הטמעה תלת-ממדית ותרבות לטווח ארוך
תוספת תרבית תאים הונחה בצלחת בגודל 35 מ"מ עם מדיום גדילה מלא של 2 מ"ל והייתה מאוזנת מראש באינקובטור (37 מעלות צלזיוס, 5% CO₂) למשך שעתיים. זקיקים משניים נבחרים הועברו לתוך ההכניסה וגודלו מראש במהלך הלילה באותם תנאים. בסיום תקופת קדם-התרבות, הזקיקים בקבוצת הביקורת גודלו ישירות בתוך התוספת (תרבית דו-ממדית). לעומת זאת, זקיקים המיועדים לקבוצת התרביות התלת-ממדית הוכנו להטמעה במטריצת ממברנה בסיסית מופחתת עם גורם גדילה (חלבון כולל 8~12 מ"ג/מ"ל). המטריצה הופשרה על קרח והתערבבה עם מדיום צמיחה מלא קר של 30% (v/v) קר. טיפות של 40 מיקרוליטר מהתערובת הונחו בצלחת בגודל 35 מ"מ (מקסימום שש טיפות בכל צלחת), ליצירת שכבת ג'ל אחידה בגובה של כ-1.5 מ"מ. לאחר מכן, זקיק משני אחד הועבר לכל טיפה באמצעות פיפטה זכוכיתית הנשלטת בפה, שממוקמת בזהירות בשליש האמצעי עד העליון של הטיפה כדי למנוע את שקיעתה. הצלחת הונחה באינקובטור (37°C, 5% CO₂) למשך 30 דקות כדי לאפשר ג'לציה. לאחר ההתמצקות, נוספו בעדינות 2 מ"ל של מדיום גדילה מלא למנה כדי להתחיל תרבית ארוכת טווח.
תחזוקה ומעקב אחר תרביות
שינוי בינוני של 50% עם מדיום גדילה מלא טרי (המכיל FSH) בוצע כל 48 שעות. הזקיקים נצפתו מדי יום תחת מיקרוסקופ סטריאו, וקוטרים ותכונות מורפולוגיות נרשמו. עם זיהוי חזותי של היווצרות אנטרום מוקדמת (בסביבות היום ה-20), LH אנושי רקומביננטי נוסף למדיום במהלך השינויים הבאים. התרבית נשמרה עד 30 יום או עד שהזקיקים הגיעו לשלב האנטרי (קוטר > 400 מיקרון עם חלל מלא נוזל מוגדר בבירור).
דיסוציאציה של תאי פוסט-תרבית
בסיום התרבית, הזקיקים האנטרוליים הועברו לצלחת המכילה DPBS טריים ופורקו מכנית באמצעות מזרק סטרילי בקוטר 29. קומפלקסי הקומולוס-ביציות המבודדים (COCs) הועברו לצלחת נפרדת לניתוח נוסף. הגרנולוזה ותאי התקה שנותרו הועברו לצלחת חדשה בקוטר 35 מ"מ המכילה 2 מ"ל מדיום גדילה מלא מחומם מראש, סובבו בעדינות להפצה אחידה, ודגרו במשך 48 שעות (37 מעלות צלזיוס, 5% CO₂).
ניתוח אימונופלואורסצנציה
לאחר התרבית, התאים קיבעו עם 4% פאראפורמלדהיד למשך 30 דקות בטמפרטורת החדר. לאחר מכן, הדגימות נשטפו שלוש פעמים עם PBS, חודרו ב-0.5% טריטון X-100 למשך 20 דקות, ולאחר מכן נחסמו במהלך הלילה בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס עם 1% BSA ב-PBS. התאים דוגרו במהלך הלילה בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס עם נוגדנים ראשוניים. הנוגדנים העיקריים ששימשו היו אנטי-FSHR (ארנב, 1:200) ואנטי-LHR (עכבר, 1:100). לאחר הדגירה, התאים נשטפו שלוש פעמים במשך 15 דקות כל אחד כאשר PBS מכיל 1% BSA. לאחר מכן, הם דוגרו עם נוגדנים משניים פלואורסצנטיים (אנטי-ארנב ואנטי-עכבר, 1:200) במשך שעתיים בטמפרטורת החדר בחושך. לבסוף, התאים עברו שלוש שטיפות אחרונות, שכל אחת נמשכה 20 דקות. הגרעינים נצבעו ב-DAPI במשך 5 דקות בטמפרטורת החדר. לאחר מכן הדגימות נשטפו שלוש פעמים במשך 5 דקות עם PBS שמכיל 1% BSA. ההדמיה בוצעה באמצעות מערכת דימות תוכן גבוה של Operetta CLS במצב קונפוקלי. אותות פלואורסצנציה נלכדו באמצעות הערוצים הבאים: DAPI (405 ננומטר), Alexa Fluor 488 (LHR) ו-Alexa Fluor 647 (FSHR), עם הגדרות חשיפה עקביות בכל הדגימות.
ניתוח סטטיסטי
השוואות של קוטר הזקיקים בין קבוצת הביקורת לקבוצת התרבית התלת-ממדית בימים 5, 10 ו-15 בוצעו באמצעות מבחן t מדגם עצמאי. ערך p < 0.05 נחשב מובהק סטטיסטית. הניתוח הסטטיסטי של קוטר הזקיקים לא בוצע מעבר ליום ה-15, שכן כמעט כל הזקיקים בקבוצת הביקורת לא שרדו לאחר יום 15. דבר זה גרם לגודל מדגם לא מספק, מה שמנע השוואות קבוצתיות אמינות ומשמעותיות. כל הניתוחים הסטטיסטיים בוצעו באמצעות GraphPad Prism (גרסה 9.0).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פיתוח מודל תרבית תלת-ממדי התומך בגדילת זקיקים אנושיים עד לשלב האנטרי
אתגר מרכזי במחקר זקיקי שחלות הוא פיתוח מערכת תרבית חוץ-גופית התומכת בהתפתחות מלאה של הזקיקים, כאשר יצירת חלל אנטרי היא אבן דרך מרכזית. לכן, מחקר זה קבע מודל תרבית תלת-ממדי לזקיקי אדם במבחנה (איור 2). בסך הכל בודדו 33 זקיקים משניים מ-4 תורמים, כאשר 16 הוקצו לקבוצת הביקורת (תרבית מבוססת הכנסה דו-ממדית) ו-17 לקבוצת התרבית התלת-ממדית
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התחזוקה המוצלחת של זקיקי השחלות האנושיות במבחנה במהלך המעבר משני לאנטרי מהווה התקדמות טכנית משמעותית. במחקר זה, מערכת תרביות תלת-ממדית שסיפקה תמיכה ביופיזיקלית מתאימה ורמזים הורמונליים ספציפיים לשלב אפשרה התקדמות זו. תוצאות אלו תואמות את הראיות האחרונות המדגישות את הצורך במערכות תרביות תלת-ממדיות לשחזר את פיזיולוגיית הרקמות. בעוד שכבות מונו-שכבות דו-ממדיות קונבנציונליות פשוטות מבחינה תפעולית, הן חסרות את הארכיטקטורה המרחבית הנדרשת לאינטראקציות טבעיות בין תא ותא למטריצה, מה שמובי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים מתחרים.
עבודה זו נתמכה על ידי קרן המדע הטבעי של בייג'ינג (Z230013); הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (T2293764, 82501980, 82288102); ה-National Key Technology R& תוכנית D של סין (2022YFC2703000); פרויקט הרפואה הקלינית פלוס X - חוקרים צעירים של אוניברסיטת פקין (PKU2025PKULCXQ033); פרויקט מפתח קליני של בית החולים השלישי של אוניברסיטת פקין (BYSYZD2021019); תוכנית החדשנות הגבוהה (202504841089); וקרן הפוסט-דוקטורט למדעי סין (GZC20230145). התרשים הסכמטי נוצר בשנת https://BioRender.com.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Anti-FSHR | HuaBio | ER1909-08 | |
| Anti-LHR | Santa Cruz | sc-293165 | |
| Anti-mouse(secondary) | Abcam | AB150113 | |
| Anti-rabbit(secondary) | Abcam | AB205718 | |
| Basement membrane matrix for organoid culture | MCE | K6004 | |
| BSA | Sigma | A1933 | |
| Cell culture insert | Millipore | PICMORG50 | |
| Culture dish | Corning | 430165 | |
| DAPI | Beyotime | C1006 | |
| DNase I | Thermo | EN0525 | |
| DPBS | Gibco | 14190144 | |
| FSH | Merck | F4021 | |
| Incubator | Thermo | Heracell 3111 | |
| Insulin-Transferrin-Selenium | Gibco | 41400045 | |
| L-Ascorbic acid | MCE | HY-B0166 | |
| Leibovitz's L-15 medium | Gibco | 11415064 | |
| LH | Merck | L6420 | |
| Liberase DH | Roche | 5401054001 | |
| McIlwain Tissue chopper | Mickle Laboratory Engineering Co. Ltd. | MP10180-220 | |
| MEMα | Gibco | 41061029 | |
| Paraformaldehyde | Solarbio | P1110 | |
| PBS | Gibco | 10010023 | |
| Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | |
| Serum substitute supplement | FUJiFILM Irvine | 90194 | |
| Sodium pyruvate | Gibco | 11360070 | |
| Stereomicroscope | Nikon | SMZ1270 | |
| The high-content imaging system | PerkinElmer | Operetta CLS | |
| Triton X-100 | Sigma | X100 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה