Ovaire artificiel - Artificial ovary
Un ovaire artificiel est un traitement potentiel de préservation de la fertilité qui vise à imiter la fonction de l' ovaire naturel .
La préservation conventionnelle de la fertilité chez les femmes implique la cryoconservation des ovocytes ou la cryoconservation des tissus ovariens . Cependant, ces traitements présentent des inconvénients. La cryoconservation des ovocytes n'est pas possible pour les personnes atteintes d' un cancer prépubère ou d' une insuffisance ovarienne prématurée . La cryoconservation des tissus ovariens présente également un risque de réintroduction de cellules malignes après la guérison d'un cancer, en particulier chez les personnes ayant déjà eu une leucémie .
Les ovaires artificiels pourraient être une alternative efficace pour la préservation de la fertilité. L'ovaire artificiel vise à reproduire son homologue naturel en produisant des ovocytes et en libérant des hormones stéroïdes . À ce jour, aucun ovocyte humain n'a été fécondé ou utilisé pour produire une progéniture à l'aide d'un ovaire artificiel et il est peu probable que cela se produise jusqu'à ce que d'autres recherches soient terminées et que les préoccupations bioéthiques aient été prises en compte.
Idéalement, l'ovaire artificiel doit contenir des follicules ou des ovocytes obtenus à partir de la cryoconservation des tissus ovariens, ainsi que d'autres cellules ovariennes pour fournir des facteurs de croissance . Des follicules isolés sont ensuite transplantés (soit sur le site normal de l'ovaire ou ailleurs dans le corps) dans un échafaudage d'accouchement. Un échafaudage biocompatible idéal provoquerait une inflammation minimale , serait adapté à la néo-angiogenèse et se dégraderait après la transplantation.
Il existe certaines limites aux ovaires artificiels. D'un point de vue éthique, il y a la question de la justice de savoir qui serait admissible à recevoir des ovaires artificiels (sauf dans le cas d'une greffe autologue) car la disponibilité est limitée. Il existe également des préoccupations bioéthiques concernant le diagnostic pré-implantatoire et la manipulation génétique des ovaires artificiels. Si le propre tissu ovarien d'un patient est utilisé pour générer des ovaires artificiels, le risque de réintroduction d'une tumeur maligne est toujours présent, bien que ce risque serait réduit si seuls les ovocytes étaient utilisés.
Un domaine de recherche future dans ce domaine portera sur la source des ovocytes pour les ovaires artificiels. Il est possible que les cellules souches pluripotentes induites (iPSC) soient utilisées comme source alternative aux propres gamètes d'un patient . Bien que cela n'ait pas encore été testé avec des cellules souches humaines, les souris transplantées avec ces cellules ont réussi à se reproduire par maturation et fécondation in vitro . Cependant, les iPSC humains sont connus pour avoir des mutations d' ADN mitochondrial même lorsqu'ils sont isolés de donneurs sains, il reste donc encore du travail à faire dans ce domaine.
Comment ils sont fabriqués
Le tissu ovarien subira des étapes de culture séquentielles pour (espérons-le) produire des ovocytes matures fertilisables:
- Culture du tissu ovarien cortical pour améliorer la croissance du follicule primordial (follicule immature) et isoler les follicules primordiaux et primaires
- Culture des follicules ovariens en croissance dans un microenvironnement 3D
- Isoler et mettre en culture les ovocytes immatures dans le but de produire des ovocytes matures prêts pour la FIV ou la cryoconservation
Culture de tissu ovarien cortical et isolement des follicules
Une source courante de tissu ovarien utilisé provient de tissu excisé du patient avant le traitement du cancer, qui est ensuite cryoconservé. Le tissu est ensuite cultivé pour activer les follicules primordiaux et leur permettre de se développer. Pour isoler les follicules, une combinaison de digestion enzymatique et mécanique des tissus s'est avérée la méthode la plus efficace pour produire une grande quantité de follicules tout en conservant leur qualité. Les enzymes utilisées, liberase DH et DNase, sont produites selon les bonnes pratiques de fabrication (GMP) pour se conformer pleinement aux directives GMP afin d'assurer une application future aux patients. Le processus de digestion enzymatique est inactivé toutes les 30 minutes et la suspension est filtrée pour permettre l'élimination des follicules complètement isolés et réduire l'exposition enzymatique inutile qui peut entraîner des dommages à leur membrane basale et leur mort.
Lors de la récupération des follicules isolés, des cellules malignes peuvent être récupérées par inadvertance, ce qui présente le risque de réintroduire des cellules malignes chez le patient. Pour minimiser le risque de contamination, les follicules isolés subissent une étape de lavage qui consiste à rincer les follicules avec du milieu de dissection frais, trois fois, pour les séparer des cellules isolées environnantes.
Cultiver les follicules en croissance dans un microenvironnement 3D
Les follicules isolés sont ensuite encapsulés dans une matrice 3D et cultivés jusqu'à 4 semaines. Le matériel utilisé doit répondre à des normes de biosécurité et cliniquement compatibles, telles qu'une protection et un soutien adéquats des follicules et une adaptabilité à la température du corps humain, si des ovaires artificiels doivent être transplantés chez un patient. Les matériaux potentiels sont divisés en polymères synthétiques et polymères naturels . Les polymères synthétiques ont tendance à être plus prévisibles que les polymères naturels en termes de taux de dégradation et leurs propriétés mécaniques peuvent être adaptées aux exigences cliniques spécifiques. Bien qu'ils ne contiennent pas les molécules essentielles à l'adhésion cellulaire, des facteurs bioactifs peuvent être incorporés pour la stimuler. Le seul polymère synthétique utilisé jusqu'à présent a été le poly (éthylène glycol) , qui a développé des follicules de souris immatures en follicules antraux et en corps jaunes.
Les polymères naturels contiennent des molécules bioactives qui jouent un rôle dans l'adhésion , la migration, la prolifération et la différenciation cellulaires. Cependant, ils n'ont pas la résistance mécanique et l'adaptabilité des polymères synthétiques. Contrairement aux polymères synthétiques, il y a eu un succès avec une gamme plus large de polymères naturels: collagène , caillots plasmatiques , fibrine , alginate et tissu ovarien décellularisé.
Le microenvironnement de la structure doit imiter celui de l'ovaire naturel, de sorte que l'ovaire artificiel doit soutenir les follicules structurellement, mais aussi cellulairement. Les cellules stromales ovariennes sont intégrées dans le microenvironnement car elles jouent un rôle important dans le développement précoce des follicules. Ils libèrent divers facteurs qui régulent positivement la transition des follicules primordiaux vers les follicules primaires, mais libèrent également d'autres cellules qui se différencieront en cellules thèques ; ceux qui jouent un rôle de soutien pour la croissance des follicules et produisent des stéroïdes sexuels tels que l' androstènedione et la testostérone . Ceci peut être réalisé en les isolant d'une deuxième biopsie ovarienne fraîche une fois que le patient a terminé son traitement contre le cancer, évitant ainsi une contamination potentielle. Les cellules endothéliales doivent également être co-transportées car elles sont essentielles pour favoriser l' angiogenèse de l'ovaire artificiel.
Culture d'ovocytes
Les ovocytes immatures sont extraits de l'ovaire artificiel et cultivés in vitro pendant 24 à 48 heures supplémentaires, ce qui leur permet de mûrir des ovocytes prêts pour la FIV ou la vitrification (cryoconservation).
Modèles de souris
Expériences initiales
La majorité des connaissances que nous avons sur l'ovaire artificiel ont été découvertes grâce à l'utilisation de modèles murins. Des expériences initiales dans les années 1990 ont été réalisées sur des souris qui ont vu la greffe de follicules pré-antraux sur un ovaire artificiel fabriqué avec du collagène. Il a été démontré que les follicules pré-antraux subissent une croissance in vitro (IVG), ce qui suggère qu'une matrice de collagène pourrait être utile pour un ovaire artificiel. Malgré les résultats positifs, la croissance s'est accompagnée d'une atrésie des follicules antraux, ce qui signifie qu'il était nécessaire de rechercher d'autres alternatives au collagène qui permettaient la croissance des follicules lorsque l'ovaire artificiel était réintroduit chez la souris.
Matrices naturelles dans le modèle de la souris
Depuis lors, une gamme de différentes matrices naturelles ont été testées pour leur utilité en tant qu'ovaire artificiel. Sont inclus dans ceux-ci la fibrine, l'alginate et l'ovaire humain décellularisé qui ont montré une maturation in vitro, une production de structure de type ovaire et la production de progéniture lors de la transplantation chez des souris. En plus de ces événements étant observés séparément, le processus complet de développement de la greffe de follicules pré-antraux à l'ovaire jusqu'à la naissance d'une progéniture vivante a été démontré dans le modèle murin.
Matrices synthétiques dans le modèle de souris
En plus de ces matrices naturelles, une gamme de matrices synthétiques a également été testée chez la souris. Les matrices synthétiques ont l'avantage de pouvoir être fabriquées en vrac et conservées longtemps. Cependant, ils ne contiennent pas de facteurs biologiques nécessaires à l'adhésion cellulaire, ajoutant ainsi une autre couche de complexité à leur création. On espère que les connaissances acquises en utilisant des modèles de souris pourront un jour être appliquées cliniquement, que ce soit par l'utilisation de matrices naturelles ou synthétiques.
Restauration de la puberté chez la souris
Non seulement les ovaires artificiels ont montré leur capacité à restaurer la fertilité, mais ils ont également été liés à la restauration complète de la production d' hormones menant à la puberté . La transplantation d'un être humain décellularisé ovaire artificiel contenant des follicules primaires de souris a été montré pour induire la puberté chez les souris sans ovocytes en favorisant oestradiol et inhibine B production. Il a ensuite été démontré que les souris étaient capables de produire une progéniture viable, ce qui suggère que les ovaires artificiels pourraient être utiles chez les femmes qui n'ont pas eu de puberté.
Modèles humains
Il pourrait y avoir de nombreuses applications possibles des ovaires artificiels humains.
Ovocytes matures in vitro en FIV et cryoconservation
Une application émergente des ovaires artificiels humains serait l'utilisation d'ovocytes qui ont subi une maturation in vitro (IVM) en FIV ou cryoconservation. Le prélèvement d'ovocytes suivi d'une IVM ne nécessite pas de stimulation hormonale et peut être une procédure rapide, ce serait donc avantageux pour la préservation de la fertilité des patients cancéreux - en particulier lorsque la chimiothérapie doit commencer le plus tôt possible.
Re-transplantation de follicules ovariens cultivés in vitro
Une autre application clinique possible des ovaires artificiels humains est la re-transplantation de follicules ovariens qui ont été cultivés in vitro. Dans les modèles animaux, les follicules ovariens pré-antraux ont été cultivés in vitro, puis isolés et implantés dans un ovaire artificiel 3D biodégradable pour une re-transplantation dans l'ovaire de l'animal. Cette méthode a montré un succès potentiel dans les modèles animaux, mais chez l'homme reste un concept théorique pour l'instant.
Re-greffe de tissu ovarien activée in vitro
Une troisième application clinique possible est la re-transplantation de tissu ovarien activé in vitro. Cela permettrait au tissu ovarien d'être prélevé sur un patient, activé in vitro et ensuite auto-transplanté chez le même patient. Cependant, ce traitement n'est pas conseillé pour les patients qui ont des cancers qui peuvent métastaser dans les ovaires (par exemple, la leucémie) ou ceux qui ont des carcinomes ovariens , en raison des craintes que les cellules cancéreuses puissent être réimplantées dans le patient. L'autotransplantation du tissu ovarien activé dans le ligament large de l'utérus , de la fosse ovarienne ou de l'ovaire restant peut être complétée par des procédures de laparoscopie ou de mini-laparoscopie. Cette procédure a abouti à la naissance d'une progéniture saine chez des patientes souffrant d'insuffisance ovarienne prématurée.
Possibilités futures
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour permettre aux procédures décrites ci-dessus de mieux réussir. Un domaine dans lequel la recherche progresse est celui de l' ovaire imprimé en 3D . Un échafaudage d'hydrogel microporeux imprimé en 3D pourrait être créé, dans lequel des follicules ovariens isolés pourraient être implantés. Cela favoriserait une croissance folliculaire supplémentaire in vivo après la transplantation. La pleine fonction ovarienne endocrinienne et reproductive a été restaurée chez les souris stérilisées en utilisant cette méthode.