Biodrukowanie 3D zwiększa skuteczność zapłodnienia pozaustrojowego

Naukowcy z Uniwersytetu z Bari wynaleźli nowe metody biodruku 3D zwiększające skuteczność zapłodnienia pozaustrojowego i procedur stosowanych w celu ochrony gatunków zagrożonych wyginięciem.

Zapłodnienie pozaustrojowe (ang. In Vitro Fertilization) jest najczęściej stosowaną metodą rozrodu wspomaganego medycznie. Od 1978 roku dzięki niej na świat przyszło ponad 8 mln dzieci.

Światowa Organizacja Zdrowia określa niepłodność problemem zdrowia publicznego o skali globalnej. Podaje, że w krajach rozwijających się dotyka on co czwartą parę.

Poprawa skuteczności IVF jest istotna nie tylko z punktu widzenia par dotkniętych niepłodnością, ale również naukowców, do tej pory mierzących się z ograniczeniami metod 2D. Nowa technika biodruku może zostać zastosowana też u zwierząt domowych, w hodowli przemysłowej oraz w celu ochrony gatunków zagrożonych wyginięciem.

Narzędzie „Sphyga”

W badaniu opublikowanym w PlusOne naukowcy zaprezentowali użycie nowej metody bioinżynierii, polegającej na enkapsulacji komórek zwierzęcych w hydrożelowe mikrosfery. Zapewnienie odpowiedniej struktury tych sferycznych cząstek było możliwe dzięki wykorzystaniu techniki biodruku 3D. W tym celu opracowano narzędzie Sphyga, wykorzystujące strzykawki o odpowiednim kształcie, rozmiarze i stabilności do produkcji hydrożelowych, sferycznych wydruków. Dzięki temu narzędziu o dostępności open source’owej możliwa jest automatyzacja produkcji mikrokulek żelu alginianowego.

Sphyga, system biodruku 3D wynaleziony w celu badania zastosowania hydrożelowych mikrosfer w procesie zapłodnienia pozaustrojowego
Zdjęcie 1. Sphyga, system biodruku 3D wynaleziony w celu badania zastosowania hydrożelowych mikrosfer w procesie zapłodnienia pozaustrojowego
(Image courtesy Plos One, Research at University of Bari)

Badane komórki jajowe poddane procesowi enkapsulacji utrzymywały spójność strukturalną i funkcjonalną oraz wykazywały większą zdolność do rozwoju i przeżywalności niż komórki jajowe przeniesione w tradycyjny sposób. Ponadto, udowodniono, że wykorzystana metoda biodruku 3D (nazwana „3D in vitro maturation” – 3DIVM) jest wysoce odtwarzalna i wydajna. Naukowcy uważają, że 3DIVM może stać się preferowaną metodą używaną do badań toksykologicznych oraz klinicznych.

Badanie embrionów do zapłodnienia pozaustrojowego.
Zdjęcie 2. Badanie embrionów do zapłodnienia pozaustrojowego.
(Photo by Sandy Huffaker/Getty Images)

Oviduct-on-chip

Badacze z Departamentu Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu w Utrecht wynaleźli model jajowodu na chipie (ang. oviduct-on-chip) umożliwiający prowadzenie dokładniejszych badań nad procesem zapłodnienia ludzi i zwierząt (https://www.hdmt.technology/news/11713/Oviduct-on-Chip-improves-fertilization-and-reproduction-research).

Pokazali jak istotne jest zastosowanie metody biodruku 3D w porównaniu z tradycyjną hodowlą komórkową. Zaprezentowali również jej ograniczenia, uwzględniające brak możliwości wykorzystania niektórych polimerów z powodu ich toksyczności. Ze względu na fakt, że jajowody są istotniejsze w procesie zapłodnienia niż wcześniej twierdzono, organ modelowy został użyty w celu stworzenia warunków podobnych do tych panujących w nich w rzeczywistości. Było to możliwe dzięki wykorzystaniu powietrzno-płynnego interfejsu w systemie wydrukowanym w 3D, posiadającego filtry do wzrostu komórek nabłonka jajowodu.

Ta nowa metoda może również poprawić skuteczność IVF u zwierząt, takich jak konie i krowy. Artykuł opublikowany w Nature w 2017 r. informował o udanym przywróceniu płodności u myszy. Było to możliwe dzięki wydrukowaniu w 3D bazującego na żelatynie bioprostetycznego rusztowania, które pełniło funkcję zastępczych jajników. Wcześniej, w 2014 r., francuscy badacze opatentowali nowy sposób oceny zarodków powstałych dzięki metodzie in vitro. Ocena zarodków ex vitro wykonana przed ich wszczepieniem bazuje na skanie lub wydrukowanym modelu 3D.

Źródła: Dyer S, Chambers GM, de Mouzon J, Nygren KG, Zegers-Hochschild F, Mansour R, Ishihara O, Banker M, Adamson GD. International Committee for Monitoring Assisted Reproductive Technologies world report: Assisted Reproductive Technology 2008, 2009 and 2010. Hum Reprod. 2016 Jul;31(7):1588-609. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27207175/) Mastrorocco A, Cacopardo L, Martino NA, Fanelli D, Camillo F, Ciani E, et al. (2020) One-step automated bioprinting-based method for cumulus-oocyteDyer S, Chambers GM, de Mouzon J, Nygren KG, Zegers-Hochschild F, Mansour R, Ishihara O, Banker M, Adamson GD. International Committee for Monitoring Assisted Reproductive Technologies world report: Assisted Reproductive Technology 2008, 2009 and 2010. Hum Reprod. 2016 Jul;31(7):1588-609. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27207175/) Mastrorocco A, Cacopardo L, Martino NA, Fanelli D, Camillo F, Ciani E, et al. (2020) One-step automated bioprinting-based method for cumulus-oocyte complex microencapsulation for 3D in vitro maturation. PLoS ONE 15(9): e0238812. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0238812 (https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0238812) https://www.who.int/reproductivehealth/topics/infertility/perspective/en/ https://www.hdmt.technology/news/11713/Oviduct-on-Chip-improves-fertilization-and-reproduction-research Laronda, M., Rutz, A., Xiao, S. et al. A bioprosthetic ovary created using 3D printed microporous scaffolds restores ovarian function in sterilized mice. Nat Commun 8, 15261 2017 (https://www.nature.com/articles/ncomms15261) https://3dprint.com/16822/3d-print-embryo-models-ivf/ https://3dprint-com.cdn.ampproject.org/c/s/3dprint.com/273607/bioprinting-method-improves-efficiency-in-in-vitro-fertilization/amp/