看著会场萤幕上出现一组跟家用冰箱差不多大小的机器，串接入培养箱，演讲者Teresa Woodruff博士指著培养箱裡一个手掌大小的盒子说：「这是我们发明的女性生殖系统晶片组，裡面有卵巢、输卵管、子宫、和週边循环荷尔蒙系统。」在那时，第一次知道原来3D器官长这模样，原来科幻片的场景如此真实靠近，而且正在发生。
卵子库存量极低的女性，其实并非卵巢中完全没有卵了，即使更年期，卵巢中还是存在一些原始滤泡，只是皆无法被活化发育，便是希望能藉著滤泡3D培养系统，让这些原始滤泡在体外发育，进而得到成熟且有功能的卵子。3D培养是利用胶体创造出立体的培养环境，让细胞长成需要的形状，更进阶可以搭配微流体，模拟体内血液及养分流动。首先利用动物实验模式，图一是Woodruff博士初步设计的滤泡培养系统，左為球状胶体，中心即為小鼠原始滤泡，中為微流体装置，右方则是微流体培养槽的放大，黑色小点即為一颗颗含有滤泡的球状胶体。
(图一) 滤泡3D培养
而Woodruff博士的团队不只满足于3D培养原始滤泡，他们希望这些体外培养滤泡的培养环境能和体内环境越接近越好，且希望能直接培养卵巢组织，于是将生殖系统中的相关器官，皆开发成类器官晶片，利用一小部分小鼠的卵巢、脑下垂体、肝臟、输卵管、子宫、子宫颈各器官，串连為微流体培养晶片组，称為「EVATAR」(图二)。晶片组中的各种类器官，即使体外培养，仍能呈现与体内时相同功能，脑下垂体能够释放滤泡刺激激素(FSH)和促黄体生成激素(LH)，让滤泡生长成熟；输卵管纤毛维持具有摆动运送卵子的功能。
(图二) EVATAR串连示意图及实体装置
晶片组初步先以滤泡培养测试，可以看到一颗颗滤泡从较小的组织发育為较大的滤泡(图三1、2)，后续进展為卵巢切片培养，如图三3、4，一开始皆為小颗滤泡，随著培养天数逐渐长大，经由类脑下垂体FSH和LH的刺激，类卵巢也会反映出如同月经週期一般的雌激素(E2)及黄体素(P4)变化，以及加入hCG刺激后，可观察到排卵现象(图三7)！无论在滤泡培养或卵巢培养，卵子為正常成熟的卵子(图三5)，具有正常的细胞骨架(图三6、8红色部份)及纺锤丝染色体排列(图三6、8蓝色及绿色部分)。
Woodruff博士原本开发晶片组的用途是药物开发及测试，不过对于卵巢早衰、或需接受癌症治疗的女性(尤其是女童)，有机会运用此技术得到可用卵子。因此创新发明，Woodruff博士获邀致TEDx演讲，EVATAR也获Discover杂誌选為2017年百大发明之一。
(图三) 滤泡及卵巢晶片中的排卵与成熟卵子
除了利用活体组织、器官的晶片组于体外培养卵子，Woodruff博士的团队还致力于研发「人造卵巢」。从2015年到2017年，团队為了得到人造卵巢的骨架，需要卵巢的细胞外基质，一开始只能利用去细胞化的牛卵巢切片充当，后续研究进展到可利用牛的去细胞卵巢粉末再加上一些化学材料，成功製成了「卵巢基质组织纸 Ovarian dECM “Tissue Paper”」(图四)，具有适当大小的孔洞和弹性，能够让滤泡在其中生长(图四中下，紫色為滤泡、绿色為基质骨架)。他们把种入小鼠滤泡的组织纸移植回小鼠体内，发现滤泡可正常生长，小鼠体内也可测得雌激素(E2)及黄体素(P4)变化。
(图四) 卵巢基质组织纸 (Ovarian dECM “Tissue Paper”)
2017年的另一个大进展，团队运用3D列印技术，将合成的细胞外基质成分列印成网状结构的骨架(图五)，更具生物安全性、对未来医疗的运用更广。将种入小鼠滤泡的人造卵巢，移植到小鼠已切除卵巢的残余卵巢囊中，可看到如图六所示，人造卵巢中有正常发育的滤泡(a)及成熟卵子(e)，而被移植的小鼠，原本已失去生育能力，可恢复生理週期排卵，成功受孕产下后代(图六h中绿色萤光者)。
(图五) 3D列印卵巢骨架
(图六) (a)人造卵巢中滤泡及(c)卵子、(h)人造卵巢小鼠后代
结合EVATAR以及人造卵巢技术，可将体外培养到一定程度的滤泡「种」到人造卵巢中，再移植回体内，有望恢复卵巢功能。虽然目前还在动物实验阶段，相信很快能进展到人体应用，例如罹癌女童无法像成人般进行促排冻卵，可先冷冻储存部分卵巢再进行癌症治疗，待日后将储存之卵巢内原始滤泡利用EVATAR培养至初级或二级滤泡后，种进人造卵巢骨架进行自体移植，可保有自然生育能力。
生殖医学的发展日新月异，藉由今年欧洲生殖医学会进修的机会，让我们看到不一样的世界，不同的专家為了让求子夫妻一圆家庭的美梦，各自在自己领域努力著。也许在不久的未来，没有人需要苦于无精无卵，而试管婴儿技术或许也和现今熟知的技术完全不同。拭目以待吧！
参考资料
- ESHRE 2019. Advanced tissue engineering to promote female fertility. T.K. Woodruff.
- A microfluidic culture model of the human reproductive tract and 28-day menstrual cycle. Nat Commun. 8:14584 (2017).
- A bioprosthetic ovary created using 3D printed microporous scaffolds restores ovarian function in sterilized mice. Nat Commun. 8:15261 (2017).
