首个完全人类卵巢类器官提供了有关女性生殖健康和疾病的见解

尽管我们都是从母亲的一个卵巢中的卵细胞开始的，但令人惊讶的是，这些人类生殖器官的研究不足。科学家们一直致力于创建人类卵巢的体外模型，以便我们可以更多地了解它们并开发治疗卵巢疾病的方法，但大多数现有模型使用人类和小鼠细胞的组合，不能忠实地复制人类卵巢功能并采取长期在实验室成长。

现在，哈佛大学、哈佛医学院(HMS)和杜克大学Wyss生物启发工程研究所的研究人员与开发改善女性生殖过程疗法的生物技术公司Gameto合作，创造了一个活的、完全人类的卵巢类器官支持卵细胞成熟、发育卵泡和分泌性激素。这种“卵形”模型使研究人类卵巢生物学无需从患者身上获取组织，并且可以开发针对不孕症、卵巢癌等疾病的新疗法。通过与哈佛大学技术开发办公室(OTD)达成的协议，该技术已授权给Gameto，该公司正在使用该技术开发女性生殖系统疾病的治疗方法。电子生活。

我们生产全人类卵形体的新方法比现有的人/小鼠混合方法快数倍，并且复制了这些器官的许多关键功能，标志着我们在实验室研究女性生殖健康的能力向前迈出了重要一步。未来，类似的技术还可以通过培养人的卵细胞来治疗不孕症谁自己的卵不能存活。”

MerrickPiersonSmela，共同第一作者，GeorgeChurch实验室研究生，博士。在WyssInstitute和HMS

来自干细胞的支持性体细胞支架

发育中的卵巢包含发育成卵细胞的生殖细胞和支持生殖细胞的体细胞。目前的卵巢实验室模型使用人类生殖细胞和小鼠体细胞，但Smela和他的合著者想看看他们是否可以诱导人类干细胞长成具有两种主要细胞类型的功能性完全人类卵巢。他们决定将精力集中在颗粒细胞上，这是一种支持卵泡内未受精卵细胞发育并分泌性激素雌二醇和黄体酮的卵巢体细胞。当时不存在从人类诱导多能干细胞(iPSC)中有效生成颗粒细胞的方法，因此他们决定创建自己的方法。

iPSC技术的新兴领域基于以下发现：将称为转录因子(TF)的蛋白质——直接与DNA结合并控制某些基因是否开启或关闭——引入人类iPSC可以引导它们分化成不同类型的细胞像神经元、成纤维细胞和许多其他细胞。该团队选择采用这种策略来生产人类颗粒细胞，并首先通过梳理数据集来识别与其他细胞类型相比在颗粒细胞中表达不同的转录因子。他们找到了35个候选TF，并使用一种称为“piggyBac转座”的技术将编码这些TF的基因插入到iPSC的基因组中。

在iPSC中诱导其目标TF的表达后，他们筛选细胞以查看哪些细胞也产生一种称为FOXL2的蛋白质，这是颗粒细胞的已知标志。他们确定了与FOXL2表达相关的六个顶级TF：NR5A1、RUNX1/RUNX2、TCF21、GATA4、KLF2和NR2F2。然后他们测试了这些顶级候选者的不同组合，发现NR5A1和RUNX1或RUNX2始终上调FOXL2。这些组合还驱动了两种称为AMHR2和CD82的蛋白质的表达，它们是在颗粒细胞上发现的表面标记。

然后，研究人员查看了他们的新细胞的完整转录组，发现它们表达了许多已知在颗粒细胞中活跃的其他基因。将他们的数据与其他对人类胎儿卵巢细胞的研究进行比较，他们发现他们的细胞在基因表达方面与妊娠12周时人类卵巢中的颗粒细胞最相似——但使用他们的新方法只用了五天就产生了。

该团队现在需要确保这些新的颗粒样细胞也能复制正常的颗粒细胞功能。这些功能之一是从前体分子雄烯二酮中产生雌二醇，它在卵巢中受到促卵泡激素(FSH)的刺激。研究人员用雄烯二酮处理他们的颗粒样细胞，然后添加FSH。这些细胞在不添加FSH的情况下成功地从雄烯二酮中产生了雌二醇，并且在添加FSH时增加了它们的产量。它们还产生黄体酮，这是颗粒细胞在排卵后分泌的。

既然他们确信他们的颗粒样细胞的功能与真实细胞非常相似，研究人员将它们与人类原始生殖细胞样细胞(hPGCLC)共同培养，以形成卵巢类器官或“卵形体”，其中包括生殖细胞和体细胞细胞。

“自己创造颗粒细胞是一项重大成就，但仅用颗粒细胞制造卵形体并不能告诉我们任何关于它们支持生殖细胞成熟的能力，而这正是我们希望能够在体外，”共同第一作者ChristianKramme博士说，他是Gameto细胞工程副总裁，也是WyssInstitute和HMSChurch小组的前研究生。“这个过程之前已经使用hPGCLCs和小鼠体细胞进行了复制，但有了这项新技术，我们现在有能力用一个完整的人类模型来完成它。”

在将它们的颗粒样细胞与hPGCLC共培养四天后，产生的类卵开始产生一种叫做DAZL的蛋白质，它是已经开始成熟的生殖细胞的标志物。相比之下，用小鼠体细胞制成的类卵细胞直到第32天才表达DAZL。人类生殖细胞的寿命不足以进一步发育成卵细胞，但人类类卵细胞开始形成由颗粒细胞组成的空卵泡样结构约16天后出现-样细胞，尽管事实上没有卵细胞存在。到第70天，卵形体内形成了许多大小不一的卵泡，其中一些卵泡发育成多层，具有成熟卵泡的特征，能够支撑卵子。

“能够复制人类卵巢中的激素信号、生殖细胞成熟和卵泡形成的完全人类卵形体的高效生产本身就是一项壮举，但事实上这可以在五天内而不是一个月内完成使用人/小鼠杂交卵形体将大大加快发现有关女性健康和生殖的关键信息的速度，”资深作者Church说，他是Wyss研究所的核心教员，也是HMS的遗传学教授。

Wyss团队正在继续开发其人类卵形模型，并计划整合其他卵巢细胞类型，包括产生激素的卵泡膜细胞，以更充分地复制人类卵巢的复杂功能。他们还希望改进他们的培养系统，让他们的生殖细胞充分发育成卵细胞，并确定不同TF的最佳剂量。与此同时，Gameto与领先的国家生育诊所开展了人类卵子成熟衍生共培养系统的临床前研究。

“一半的人口是女性，但从历史上看，女性的健康并没有像影响男性的疾病那样受到关注或资助。我很高兴看到人类卵巢研究向前迈出了重要一步在实验室中，并期待这种模型将提供有关女性生殖健康和疾病的见解，”Wyss创始董事DonIngber医学博士说。Ingber还是HMS和波士顿儿童医院的JudahFolkman血管生物学教授，以及哈佛大学JohnA.Paulson工程与应用科学学院的HansjörgWyss仿生工程教授。

该论文的其他作者包括威斯研究所的PatrickFortuna、JessicaAdams、AlinaSu和EdwardDong;来自HMS的MutsumiKobayashi、ToshiShioda和GarykBrixi;来自杜克大学的PranamChatterjee;麻省理工学院的EmmaTysinger;和前Wyss研究所成员RichieKohman，他现在是Wyss生物和神经工程中心的CSO。

这项研究得到了哈佛大学维斯研究所、哈佛OTD的支持，赞助了维斯研究所与行业合作伙伴Gameto和Colossal以及国家科学基金会之间的研究协议。