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.

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.

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.

Autor: Karolina Sobeczek

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/