哈佛大学Wyss Institute、哈佛医学院Department of Genetics和Massachusetts General Hospital Center for Cancer Research、杜克大学Department of Biomedical Engineering和Department of Computer Science的一众科学家合作，创造了一种活的、完整模拟人类卵巢的类器官，可以支持卵细胞成熟、卵泡发育和性激素的分泌。据研究人员称，这种“类卵巢体（ovaroid）”模型能够研究人类卵巢生物学，而无需从患者身上获取组织，并且能够开发针对不孕症、卵巢癌等疾病的新疗法。
通过与哈佛大学技术开发办公室达成的协议，该技术已被授权给Gameto公司，后者正在使用它来开发治疗女性生殖系统疾病的疗法。eLife 中详细描述了该类卵巢体的研发过程——“通过转录因子过表达将人诱导多能干细胞（hiPSC）定向分化为功能性卵巢颗粒样细胞（Directed differentiation of human iPSCs to functional ovarian granulosa-like cells via transcription factor overexpression）”。
“人类卵泡的体外模型将极大地有利于女性生殖的研究。卵巢发育需要生殖细胞和几种体细胞的结合，其中，颗粒细胞（granulosa cells）在卵泡形成和支持卵子发生中起着关键作用。尽管存在从hiPSC生成人类原始生殖细胞样细胞（human primordial germ cell-like cells，hPGCLCs）的有效方案，但生成颗粒细胞的方法一直难以建立”，研究人员写道。
研究团队首先鉴定了 35 个候选转录因子，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hiPSC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会产生一种称为FOXL2的蛋白质，这是颗粒细胞的已知标志。他们确定了与FOXL2表达相关的六个最高效TFs：NR5A1、RUNX1/RUNX2、TCF21、GATA4、KLF2和NR2F2。然后他们测试了这些高效候选者的不同组合，发现NR5A1和 RUNX1或RUNX2始终上调FOXL2的表达。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志物。然后，研究人员查看了他们这种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，发现这些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——但使用他们的这种新方法只用了5天就生成了该细胞。该团队也确保了这些新的颗粒样细胞能够复制正常的颗粒细胞功能。 其中一项功能是从前体分子雄烯二酮中产生雌二醇，这种物质在卵巢中受到促卵泡激素（FSH）的刺激产生。研究人员用雄烯二酮处理他们的颗粒样细胞，然后添加FSH。结果表明，这些细胞在不添加FSH的情况下成功地从雄烯二酮中产生出雌二醇，并且在添加FSH时增加了它们的产量。同时，它们还产生黄体酮，这是颗粒细胞在排卵后所分泌的。
“在这里，我们报告，同时过表达两种转录因子可以促进hiPSC向颗粒样细胞的分化。我们阐明了几种颗粒相关转录因子的调节作用，并确定NR5A1和RUNX1或RUNX2的过表达足以产生颗粒样细胞。我们的颗粒样细胞具有类似于人类胎儿卵巢细胞的转录组，并囊括了关键的卵巢表型，包括卵泡形成和类固醇生成。”
之后，研究团队在将它们的颗粒样细胞与hPGCLC共培养四天后，所形成的“类卵巢体”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“类卵巢体”在大约16天后开始形成由颗粒状细胞组成的空卵泡状结构，尽管并没有卵细胞存在。到第70天，“类卵巢体”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。
“当与hPGCLCs汇聚在一起时，我们的细胞能够形成卵巢样类器官（ovaroids，类卵巢体）并且可以支持hPGCLC从迁移前阶段发展到性腺阶段，这是通过诱导DAZL的表达来实现的。该模型系统地为研究人类卵巢生物学提供了新的机会，并能够促进女性生殖健康疗法的发展。”
“我们生产具有完整功能的人类类卵巢体的新方法比现有的人/小鼠混合方法快几倍，并且复现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。在未来，类似的技术还可以通过从自身卵子不能存活的人身上培养卵细胞来治疗不孕症”，共同第一作者Merrick Pierson Smela如是说。
“自己创造颗粒细胞是一项重大成就，但仅用颗粒细胞制造类卵巢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进行研究的”，共同第一作者Christian Kramme博士说，他是Gameto细胞工程副总裁，也是Wyss Institute和哈佛医学院Church研究组的已毕业研究生。“之前已经使用hPGCLCs和小鼠体细胞进行了这个研究的前期探索，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。”
Wyss团队正在继续开发他们的人类类卵巢体模型，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（theca cells），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，并确定不同转录因子的最佳使用剂量。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。
Reference：
https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/fully-human-ovarian-organoid-that-supports-egg-cell-maturation-created-by-laboratory-researchers/
https://www.news-medical.net/news/20230221/First-fully-human-ovarian-organoids-provide-insights-about-female-reproductive-health-and-disease.aspx
