がん治療中、化学療法および放射線療法は卵巣に対して毒性を及ぼし、最終的には不妊に至る可能性があります。 このような背景から、他の治療法策からベネフィットを得られないがんサバイバーの受胎能力を回させる方法として、移植可能な人工卵巣（TAO）の需要が高まっています。 ルーヴァン・カトリック大学（ベルギー）を拠点とする婦人科研究チームは最近、ヒト卵巣を「リバースエンジニアリング」する最初の試みを行いました。 プロジェクトに携わる研究者の一人であるEmna Ouni氏は、Surfaceニュースレターで知見を共有しています。
生物学において、リバースエンジニアリングとは、あるプロセスやメカニズムを切り離して理解し、（おそらく新しい方法で）再構築し、生物学の世界に応用するという概念を指します。
再構築のための分解
本プロジェクトでは、ヒト卵巣細胞（細胞外マトリックスまたはECM）の微小環境を分解し、そのプロテオミクス、構造的および機械的手がかりと、思春期前から閉経までの卵巣活動におけるその役割をより良く理解することを目的としました。 発見されたデータにより、TAOは多くの女性患者にとって将来のライフチェンジャーとなり、がん生存後の生殖機能の維持を可能にするでしょう。
「もし細胞が生命の基礎であれば、細胞外マトリックスは多細胞生物の基礎である」 この声明に基づき、私は過去5年間、ECMが受胎能力に果たす役割を提唱してきました。本研究では、同僚と私はECMの見過ごされた特徴の1つを明らかにしました。 トポグラフィ。
上図。 閉経前後の濾胞周囲ECMのトポグラフィ。 MountainsSEM®ベースのSMILE VIEW™マップソフトウェアにより、SEM画像をカラー化することで、卵胞（黄色）の存在を強調して ECM（青色）からそれらを区別し、3Dレンダリングを得ました。
トポグラフィックな設計図の作成
トポグラフィと受胎能力との関係を探求する理論的根拠は、天然ECMがナノスケールで物理的トポグラフィを表示し、従って、加工された基板上の同様のサイズの特徴がよりよく模倣され得るということです。
さらに、新しいin vitro研究では、ECMの表面特徴が多種の生物学的プロセスにおいて役割を果たすことが示されています： プロセスには、細胞分化、細胞の形と形態、細胞接着、機械的伝達、腫瘍増殖、休眠、そしてECM組成さえも含まれます。
これらの構造的特徴を始めて明らかにするために、思春期前、生殖年齢および閉経患者由来の卵巣組織を、走査電子顕微鏡（SEM）により異なる倍率で解析し、 細線維（ナノスケール）、繊維（マイクロスケール）および繊維束（メソスケール）の組織および直径、ならびに細孔数および面積を、ECMネットワークの密度を反映するものとして捉えました。
サンプルをX軸に沿って+5°傾斜させて作成したSEMキャプチャの立体的再構成により、Mountains®ベースのSMILE VIEW™マップソフトウェアを使用して3Dレンダリングを作成しました。 研究チームは、ECMアーキテクチャの特徴づけに使用したのと同じ組織領域で、表面トポグラフィを抽出し、微小粗さを測定することができました。
上図。 アーキテクチャ、トポグラフィ、バイオメカニクスの相乗効果。 2つのSEM画像の立体的再構成から得られた卵巣の表面トポグラフィの3Dモデル。 カラースケールは、各表面の高さ範囲を示します。
結果
これらの分析の過程で、原子間力顕微鏡（AFM）によって記録された卵巣組織の機械的特徴は、ナノトポグラフィ、超微細構造および組織に関連していました。 研究チームは、生殖年齢の患者由来の軟卵巣組織が、思春期前（228nm±87）および閉経期（238nm±28）のより硬く粗い組織と比較して、著しく滑らかな組織表面（99nm±33）を特徴とすることを発見しました。 このことは、組織の剛性と表面粗さとの間に相乗効果の可能性があることを示しています。
結論
全体として、ヒトの卵巣では、生体分子の手がかりに至るトポグラフィがECMの弾力性と相乗的に作用し、思春期前から閉経までの卵巣組織のリモデリングに影響を及ぼすことが明らかになりました。 今日までで最も顕著な受胎能バイオマーカーとして年齢を考慮すると、著者らがヒト卵巣ECMのブループリントで記録および報告することに成功した独特のトポロジ的特徴は、女性の受胎能、すなわち卵胞の活性化および休眠と関連付けることができます。
さらに、分析により、生殖年齢における卵巣ECMが、その独特のトポロジ的および機械的特徴により、卵巣細胞および卵胞機能と発達のための理想的な微小環境であることが示されました。 このように、本研究は、機能的に操作された卵巣において卵巣組織特性を複製するのに必要なECMの手がかりを提供し、ECM状態に基づいて生理学的および病理学的な卵巣状態を比較するための信頼できる参照情報となります。
著者について
Emna Ouni氏は現在、Gustave Roussy Institute（フランス、パリ）のPhDバイオエンジニアを務めています。
使用されたインスツルメントおよびソフトウェア
JEOL JSM-7500F電界放出型走査電子顕微鏡+Mountains® ベースのSMILE VIEW™ マップソフトウェア。
さらに詳しく
次世代バイオエンジニアリングと診断のためのヒト卵巣のトポロジとメカニズムのブループリント。 E. Ouni, A. Peaucelle, K. T. Haas, O. Van Kerk, M.M. Dolmans, T. Tuuri, M. Otala, C. A. Amorim. Nature Communications: doi.org/10.1038/s41467-021-25934-4