Тенденции биоинженерии в женской репродукции: систематический обзор

Введение: Для обеспечения оптимальных условий имплантации и развития плода женская репродуктивная система должна координировать сократительную активность матки с гормонами, вырабатываемыми яичниками. Зрелые ооциты могут быть оплодотворены в маточных трубах, а образовавшаяся зигота транспортируется к матке, где способна имплантироваться и продолжить развитие. Шейка матки служит физическим барьером, защищающим плод на протяжении беременности, а влагалище выполняет роль родового канала, участвует в механизмах, связанных с маткой и шейкой матки, и обеспечивает копуляцию. Фертильность может нарушаться при патологиях любого из этих органов или процессов, поэтому умение точно моделировать их или восстанавливать их функцию имеет первостепенное значение в прикладных и трансляционных исследованиях. Однако врождённые различия между репродуктивным трактом человека и животных-моделей, а также статичность двумерных клеточных и тканевых культур требуют дальнейших исследований и разработки динамических, более сложных платформ in vitro, подходов ex vivo и терапевтических вмешательств in vivo для изучения и поддержки репродуктивной биологии. Для удовлетворения этой потребности биоинженерия выводит исследования женской репродукции на новый уровень благодаря широкому спектру потенциальных приложений и доклинических моделей, а быстро растущее число и разнообразие исследований обусловливают стремительное изменение состояния этой области.

Цель и обоснование: Этот обзор направлен на обобщение накапливающихся данных о биоинженерных стратегиях, платформах и терапиях, доступных в настоящее время и находящихся в разработке в контексте женской репродуктивной медицины, чтобы глубже понять биологию женской репродукции и предложить новые возможности для восстановления фертильности. В частности, будут рассмотрены методы, используемые в матке или для неё (эндометрий и миометрий), яичнике, маточных трубах, шейке матки и влагалище.

Методы поиска: Проведён систематический поиск полнотекстовых статей, доступных в базах данных PubMed и Embase, для выявления соответствующих исследований, опубликованных в период с января 2000 года по сентябрь 2021 года. В поисковые термины входили: bioengineering, reproduction, artificial, biomaterial, microfluidic, bioprinting, organoid, hydrogel, scaffold, uterus, endometrium, ovary, fallopian tubes, oviduct, cervix, vagina, endometriosis, adenomyosis, uterine fibroids, chlamydia, Asherman's syndrome, intrauterine adhesions, uterine polyps, polycystic ovary syndrome и primary ovarian insufficiency. Дополнительные исследования были выявлены путём ручного просмотра ссылок в отобранных статьях и в дополнительных обзорах. Критерии включения предполагали оригинальные, строгие и доступные рецензируемые работы на английском языке о биоинженерных методах в женской репродукции на доклинических (in vitro/in vivo/ex vivo) и/или клинических этапах тестирования.

Результаты: Из 10 390 найденных записей в систематический обзор были включены 312 исследований. Из-за несоответствий в измерениях и дизайне исследований результаты оценивали качественно, а не методом метаанализа. Гидрогели и каркасы часто применялись в различных биоинженерных исследованиях женского репродуктивного тракта. Новые технологии, такие как органоиды и биопечать, обеспечивали персонализированную диагностику и альтернативные варианты лечения соответственно. Перспективные микрофлюидные системы, объединяющие различные биоинженерные подходы, также продемонстрировали трансляционную ценность.

Выводы: Сложность молекулярных, эндокринных и тканевых взаимодействий, регулирующих женскую репродукцию, создаёт трудности для биоинженерных подходов к замещению органов женской репродуктивной системы. Однако междисциплинарная работа позволяет получить ценную информацию о физико-химических свойствах, необходимых для протекания репродуктивных биологических процессов. Определение спектра доступных в настоящее время и разрабатываемых технологий репродуктивной биоинженерии для женщин может обеспечить альтернативные модели для токсикологических и лекарственных испытаний, ex vivo-методы сохранения фертильности, клинические методы терапии и основу для будущих исследований по регенерации органов.