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人工卵巣は、自然の卵巣の機能を模倣することを目的とした、潜在的な生殖能力温存治療法です。
女性の従来の生殖能力保存には、卵母細胞凍結保存または卵巣組織凍結保存が含まれます。しかし、これらの治療法には欠点があります。卵母細胞凍結保存は、思春期前癌または早発卵巣不全の患者には不可能です。卵巣組織凍結保存はまた、癌回復後に悪性細胞が再導入されるリスクがあり、特に白血病の既往歴のある患者ではそのリスクが高くなります。[1]
人工卵巣は、生殖能力の温存に効果的な代替手段となる可能性がある。人工卵巣は、卵母細胞を生成し、ステロイドホルモンを放出することで、自然の卵巣を再現することを目的としている。現在までに、人工卵巣を使用してヒトの卵母細胞を受精させたり、子孫を産ませたりした例はなく、さらなる研究が完了し、生命倫理上の懸念が考慮されるまで、このようなことは起こりそうにない。[2]
理想的には、人工卵巣には、卵巣組織の凍結保存から得られた卵胞または卵母細胞、および成長因子を供給するための他の卵巣細胞が含まれている必要があります。[3]次に、分離された卵胞は、送達スキャフォールドで（卵巣の正常な部位または体の他の場所に）移植されます。[4]理想的な生体適合性スキャフォールドは、炎症を最小限に抑え、新生血管形成に適しており、移植後に分解します。[5]
人工卵巣にはいくつかの限界がある。倫理的観点からは、人工卵巣（自家移植を除く）の供給が限られているため、誰が人工卵巣を受ける資格があるかという公平性の問題がある。 [5]また、人工卵巣の着床前診断と遺伝子操作をめぐる生命倫理上の懸念もある。[5]患者自身の卵巣組織を使用して人工卵巣を生成する場合、悪性腫瘍が再発するリスクは依然として存在するが、卵母細胞のみを使用する場合、このリスクは低くなる。[5]
この分野における今後の研究の1つは、人工卵巣用の卵母細胞の供給源を調べることです。人工多能性幹細胞（iPSC）は、患者自身の配偶子の代替供給源として使用できる可能性があります。これはまだヒト幹細胞でテストされていませんが、これらの細胞を移植されたマウスは、体外成熟と受精によって正常に繁殖することができました。[5]しかし、ヒトiPSCは、健康なドナーから分離された場合でもミトコンドリアDNAの変異を持つことが知られているため、この分野ではまだ多くの研究が必要です。[6]
作り方
卵巣組織は、（うまくいけば）受精可能な成熟卵母細胞を生成するために、連続的な培養ステップを経る：[2]
- 皮質卵巣組織を培養して原始卵胞（未熟卵胞）の成長を促進し、原始卵胞と一次卵胞を分離する
- 3D微小環境内で成長する卵胞を培養する
- 未熟卵母細胞を分離して培養し、体外受精または凍結保存に適した成熟卵母細胞を生産する。
卵巣皮質組織の培養と卵胞の分離
使用される卵巣組織の一般的な供給源は、がん治療前に患者から切除され、その後凍結保存された組織です。[7] その後、組織は培養され、原始卵胞を活性化して発育させます。[2]卵胞を分離するには、酵素と機械による組織消化の組み合わせが、品質を維持しながら大量の卵胞を得るための最も効果的な方法であることが示されています。[8]使用される酵素、リベラーゼDHとDNaseは、患者への将来の適用を確実にするためにGMPガイドラインに完全に準拠した適正製造基準（GMP）に従って製造されています。酵素消化プロセスは30分ごとに不活性化され、懸濁液は濾過されて完全に分離された卵胞が除去され、基底膜の損傷や卵胞の死につながる可能性のある不必要な酵素への曝露が削減されます。[8]
分離した卵胞を回収する際に、悪性細胞が誤って取り出される可能性があり、患者に悪性細胞が再導入されるリスクがあります。[8]汚染のリスクを最小限に抑えるために、分離した卵胞は洗浄工程にかけられ、新鮮な解剖培地で3回すすがれ、周囲の分離細胞から分離されます。[2] [8]
3D微小環境内で成長する卵胞を培養する
分離された卵胞は3Dマトリックス内に封入され、最大4週間培養される。[7]人工卵巣を患者に移植する場合、使用される材料は、卵胞の適切な保護とサポート、人体の体温への適応性など、生物学的安全性と臨床的に適合する基準を満たしている必要がある。[5]候補となる材料は、合成ポリマーと天然ポリマーに分けられる。[8]合成ポリマーは、分解速度の点で天然ポリマーよりも予測しやすい傾向があり、機械的特性は特定の臨床要件に合わせて調整できる。[8]細胞接着に必須の分子は含まれていないが、これを刺激するために生物活性因子を組み込むことができる。[8]これまでに使用された唯一の合成ポリマーはポリエチレングリコールであり、これは未熟なマウスの卵胞を胞状卵胞と黄体に発達させた。[8] [5]
天然ポリマーには、細胞の接着、移動、増殖、分化に役割を果たす生理活性分子が含まれています。 [8]しかし、天然ポリマーには合成ポリマーのような機械的強度と適応性がありません。[8]合成ポリマーとは異なり、コラーゲン、血漿凝固物、フィブリン、アルギン酸、脱細胞化卵巣組織など、より幅広い天然ポリマーで成功しています。[8] [5]
構造の微小環境は自然の卵巣のそれを模倣するべきであり、したがって人工卵巣は構造的にだけでなく細胞的にも卵胞を支えるべきである。[8]卵巣間質細胞は卵胞の初期発達に重要な役割を果たすため、微小環境に組み込まれる。[8]卵巣間質細胞は原始卵胞から一次卵胞への移行を積極的に制御するさまざまな因子を放出するだけでなく、莢膜細胞に分化する他の細胞も放出する。莢膜細胞は卵胞の成長を補助する役割を果たし、アンドロステンジオンやテストステロンなどの性ステロイドを生成する。[8]これは、患者が癌治療を完了した後、2回目の新鮮な卵巣生検からそれらを分離することで達成でき、潜在的な汚染を避けることができる。[8]内皮細胞も人工卵巣の血管新生を促進する鍵となるため、一緒に輸送されるべきである。 [8]
卵母細胞培養
未熟卵母細胞は人工卵巣から取り出され、さらに24～48時間体外で培養され、体外受精またはガラス化（凍結保存）の準備ができた成熟卵母細胞になります。[7]
マウスモデル
初期実験
人工卵巣に関する知識の大部分は、マウスモデルの使用を通じて発見された。1990年代の最初の実験は、マウスで行われ、コラーゲンで作られた人工卵巣に前胞状卵胞を移植した。[8]前胞状卵胞は体外成長（IVG）することが示され、コラーゲンマトリックスが人工卵巣に有効であることが示唆された。[8]結果は良好であったが、成長には胞状卵胞の閉鎖が伴ったため、人工卵巣をマウスに移植したときに卵胞の成長を可能にするコラーゲン以外の代替物を探す必要があった。[8]
マウスモデルにおける自然マトリックス
それ以来、さまざまな天然マトリックスが人工卵巣としての有用性についてテストされてきました。これらには、フィブリン、アルギン酸塩、脱細胞化ヒト卵巣が含まれており、これらは体外で成熟し、卵巣のような構造が生成され、マウスに移植されたときに子孫が生まれることが示されています。[8] [1]これらのイベントが個別に観察されていることに加えて、前胞状卵胞の卵巣への移植から生きた子孫の誕生までの発達の全プロセスがマウスモデルで実証されています。[1]
マウスモデルにおける合成マトリックス
これらの天然マトリックスに加えて、さまざまな合成マトリックスもマウスでテストされています。合成マトリックスの利点は、大量に製造して長期間保存できることです。[1]しかし、合成マトリックスには細胞接着に必要な生物学的因子が含まれていないため、製造にさらに複雑さが加わります。[8]マウスモデルを使用して得られた知識が、天然マトリックスまたは合成マトリックスの使用を通じて、将来臨床に応用されることが期待されています。
マウスの思春期の回復
人工卵巣は生殖能力を回復させる能力があることが示されているだけでなく、思春期につながるホルモン産生の完全な回復にも関連していることがわかっています。マウスの一次卵胞を含むヒトの脱細胞化人工卵巣を移植すると、エストラジオールとインヒビンBの産生が促進され、卵母細胞のないマウスで思春期を誘発することが示されています。[9]その後、マウスは生存可能な子孫を産むことができることが示され、人工卵巣が思春期を迎えていない女性に有用である可能性があることが示唆されました。[10]
人間モデル
人間の人工卵巣にはさまざまな応用が考えられます。
体外受精および凍結保存における体外成熟卵母細胞
ヒト人工卵巣の新たな応用として、体外成熟（IVM）した卵母細胞を体外受精や凍結保存に利用することが考えられます。卵母細胞を採取してIVMを行う方法はホルモン刺激を必要とせず、短時間で済むため、がん患者の生殖能力温存に有利です。特に化学療法をできるだけ早く開始する必要がある場合に有効です。[11]
体外培養した卵胞の再移植
ヒト人工卵巣のもう一つの臨床応用は、体外で培養された卵胞の再移植である。動物モデルでは、前胞状卵胞が体外で培養され、その後分離されて生分解性の3D人工卵巣に移植され、動物の卵巣に再移植される。[2]この方法は動物モデルでは潜在的な成功を示しているが、ヒトでは今のところ理論的な概念にとどまっている。
体外で活性化した卵巣組織の再移植
3 つ目の臨床応用は、体外で活性化した卵巣組織の再移植である。これにより、患者から卵巣組織を摘出し、体外で活性化し、同じ患者に自家移植することが可能になる。しかし、卵巣に転移する可能性のある癌 (白血病など) や卵巣癌の患者には、癌細胞が患者に再移植される懸念があるため、この治療法は推奨されない。活性化した卵巣組織の子宮広間膜、卵巣窩、または残りの卵巣への自家移植は、腹腔鏡またはミニ腹腔鏡手術によって完了することができる。この手術により、早産性卵巣不全症の患者に健康な子孫が生まれることになった。[2] [1]
将来の可能性
上記の手順をより成功させるには、さらなる研究が必要です。研究が進んでいる分野の一つは、3Dプリント卵巣です。3Dプリントされた微細孔ハイドロゲル足場を作成し、そこに孤立した卵胞を移植することができます。これにより、移植後の体内でのさらなる卵胞の成長が促進されます。この方法を使用して、不妊手術を受けたマウスの内分泌機能と生殖卵巣機能が完全に回復しました。[2]
参照
参考文献
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