Säker återställning av fertilitet efter cancer: Nya metoder med fryst äggstocksvävnad

Innehållsförteckning

• Introduktion: Löftet och utmaningarna med frysning av äggstocksvävnad
• Studiens metodik
• Fem experimentella säkerhetsstrategier
• In-vitromognad av ägg
• Konstruktion av en artificiell äggstock
• Rensningstekniker för att eliminera cancerceller
• Äggmognad via xenotransplantation
• Stamcellsbaserad äggbildning
• Konsekvenser för cancerpatienter
• Nuvarande begränsningar och utmaningar
• Rekommendationer för patienter och läkare
• Källor

Introduktion: Löftet och utmaningarna med frysning av äggstocksvävnad

Kryopreservering av äggstocksvävnad har blivit en etablerad metod för fertilitetsbevarande, särskilt värdefull för flickor före puberteten och patienter som måste påbörja cancerbehandling omedelbart. Metoden innebär att man tar bort och fryser äggstocksvävnad innan cellgifter eller strålbehandling, som kan skada fertiliteten, inleds. Tekniken har visat sig mycket framgångsrik, med över 200 rapporterade födslar världen över efter att fryst-tinad äggstocksvävnad transplanterats tillbaka till patienter.

Större studier visar uppmuntrande resultat. En väl dokumenterad serie från fem europeiska centra rapporterade en 26 % chans att få minst en levande födsel efter transplantation. En annan multicentrisk studie fann en ännu högre framgångsprocent på 41,6 % för minst en förlossning efter transplantation. Dessa resultat har lett till att professionella organisationer som American Society for Reproductive Medicine och European Society of Human Reproduction and Embryology nu klassificerar tekniken som innovativ och sedvanlig vård snarare än experimentell.

Betydande säkerhetshänsyn kvarstår dock. Den frysta äggstocksvävnaden, som vanligtvis lagras innan cancerbehandling påbörjas eller efter remission, kan innehålla metastaserade cancerceller. Efter tinning och transplantation kan dessa mikroskopiska cancerceller potentiellt utvecklas till tumörer och återintroducera cancern. Även om risken verkar relativt liten för de flesta solida tumörer, har äggstocksvävnad från patienter med blodcancer som leukemi upp till 50 % chans att innehålla maligna celler.

Även den minsta risken för att återintroducera cancer är oroande, vilket har lett till utvecklingen av innovativa tekniker för att förhindra denna farliga möjlighet. Denna systematiska översikt granskar fem olika experimentella strategier som kan erbjuda säkrare alternativ för fertilitetsåterställning hos cancerpatienter i framtiden.

Studiens metodik

Denna systematiska översikt följde rigorösa vetenskapliga standarder enligt PRISMA-riktlinjerna. Forskningsprotokollet registrerades på PROSPERO (ID CRD42020197284) innan studien påbörjades.

Forskare genomförde omfattande sökningar i tre stora medicinska databaser—MEDLINE (via PubMed), EMBASE och Cochrane Library—den 8 juli 2021. De utvecklade en detaljerad sökstrategi i samråd med en informationsspecialist från Radboud University Nijmegen Library, med kombinationer av MeSH-termer och fria textord relaterade till frysning av äggstocksvävnad och fertilitetsbevarande.

Teamet etablerade strikta inklusionskriterier. Endast originalstudier som syftade till säker återställning av fertilitet hos cancerpatienter med kryopreserverad äggstocksvävnad kvalificerade för inklusion. Studierna måste involvera experiment med mänsklig äggstocksvävnad, vara publicerade på engelska mellan 1 januari 2000 och 8 juli 2021, och fokusera på att förhindra återintroduktion av cancer. År 2000 valdes som startpunkt eftersom den första humana transplantationen av fryst-tinad äggstocksvävnad rapporterades det året.

Två författare granskade oberoende alla identifierade studier med hjälp av Rayyan QCRI. De screende titlar, sammanfattningar och nyckelord för relevans och hämtade fulltext av potentiellt kvalificerade artiklar. Eventuella meningsskiljaktigheter löstes genom diskussion eller av en tredje granskare. Teamet granskade också referenslistor från utvalda publikationer för att identifiera ytterligare studier som missats i de elektroniska sökningarna.

Från initialt 12 722 poster identifierade genom databassökningar plus 18 ytterligare studier från referenser, tog forskare bort dubbletter och screende 8 914 poster baserat på titlar och sammanfattningar. Av dessa bedömdes 166 fulltextartiklar för kvalifikation, och slutligen uppfyllde 31 studier alla inklusionskriterier för kvalitativ syntes. Dessa studier daterade från 2004 till 2021 och grupperades enligt de fem olika säkerhetsstrategier de undersökte.

Fem experimentella säkerhetsstrategier

Den systematiska översikten identifierade fem distinkta experimentella tillvägagångssätt som utvecklas för att säkert använda kryopreserverad äggstocksvävnad för fertilitetsåterställning efter cancerbehandling. Varje strategi syftar till att förhindra återintroduktion av maligna celler samtidigt som patientens frysta äggstocksvävnad används.

De fem strategierna inkluderar:

• In-vitromognad (IVM) av ägg: Isolering och mognad av ägg från äggstocksvävnad i laboratoriet för att utföra IVF utan att transplantera vävnad tillbaka till patienten
• Konstruktion av artificiell äggstock: Skapande av ett biologiskt stöd för att återbefolka preantrala folliklar samtidigt som cancerceller elimineras
• Rensningsstrategier: Tekniker som syftar till att utrota kontaminerande maligna celler från äggstocksbarkvävnad
• Xenotransplantation: Mognad av ägg genom transplantation av äggstocksvävnad till immundefekta djur
• Stamcellsbaserad äggbildning: Användning av stamceller för att generera nya ägg för fertilitetsåterställning

Alla dessa strategier är fortfarande experimentella och har ännu inte nått kliniska prövningar. De representerar lovande men preliminära tillvägagångssätt som kräver betydligt mer forskning för att fastställa deras säkerhet, effektivitet och potentiella risker. De etiska aspekterna, särskilt för xenotransplantation och stamcellsmetoder, behöver också noggrant diskuteras före klinisk tillämpning.

Trots sin experimentella status kan dessa innovativa metoder så småningom erbjuda säkra alternativ för fertilitetsåterställning hos cancerpatienter, särskilt de med hög risk för äggstocksmetastaser. Följande avsnitt granskar varje strategi i detalj, inklusive nuvarande forskningsläge, tekniska utmaningar och potential för framtida klinisk tillämpning.

In-vitromognad av ägg

In-vitromognad (IVM) innebär att man samlar in omogna ägg från äggstocksvävnad och låter dem mogna i laboratoriemiljö. De resulterande mogna äggen kan sedan befruktas genom IVF, och embryona överförs till patienten utan att behöva transplantera potentiellt kontaminerad äggstocksvävnad tillbaka i kroppen. Denna metod undviker helt risken för återintroduktion av cancer eftersom ingen vävnadstransplantation sker.

Forskare har utvecklat IVM-tekniker med ägg insamlade genom tre olika procedurer. Denna översikt fokuserar specifikt på IVM av ägg från äggstocksvävnad insamlad under ovariektomi, eftersom detta är den teknik som är tillämplig på redan kryopreserverad äggstocksvävnad som lagras av cancerpatienter.

Flera sofistikerade odlingssystem har utvecklats för IVM av ägg från isolerade folliklar eller intakta fragment av äggstocksvävnad. Dessa system involverar ibland flera steg, inklusive follikelisolering och in-vitrotillväxt före slutlig äggmognad. Olika utvecklingsstadier av ägg kräver olika mognadstekniker, vilket kräver komplexa flerstegsmetoder.

Telfer och kollegor var pionjärer med ett tvåstegsodlingssystem 2008. Deras forskning visade att humana unilaminära folliklar kunde aktiveras i fragmenterad färsk barkvävnad. Under det andra steget isolerades sekundära folliklar från vävnaden. Ytterligare odling i närvaro av aktivin A (ett protein som stimulerar follikelutveckling) ledde till ytterligare tillväxt av dessa sekundära folliklar. Detta var ett betydande framsteg inom IVM-teknik.

Mer nyligen utvecklade McLaughlin och kollegor ett ännu mer komplext flerstegsodlingssystem 2018. I detta system fragmenterades färsk äggstocksbarkvävnad, och primordiala och primära folliklar fick växa till sekundära folliklar medan de fortfarande var inbäddade i vävnaden. De sekundära folliklarna dissekerades sedan manuellt och odlades med aktivin A och FSH. Detta sista odlingssteg producerade cumulus-äggkomplex innehållande metafas II-ägg—ägg som är mogna nog för befruktning.

Forskarna noterade dock att dessa in-vitromognade ägg visade vissa avvikelser jämfört med naturligt mogna ägg. De producerade atypiskt stora polkroppar med ett förhållande av 4:1 till 3:1 av äggstorlek till polkroppsstorlek, och graden av cumulusexpansion var mindre uttalad än hos in-vivomognade ägg.

Ett alternativt tillvägagångssätt innebär att odla isolerade preantrala folliklar i tredimensionella alginatmatriser. Dessa matriser ger fysiskt stöd för att hjälpa till att upprätthålla follikelstruktur, vilket resulterar i bättre follikeltillväxt och äggmognad till MII-stadiet. Studier som använder detta tillvägagångssätt har också visat ökad produktion av 17β-östradiol, vilket indikerar förbättrad follikulär funktion under mognadsprocessen.

Konstruktion av en artificiell äggstock

Den artificiella äggstocksmetoden innebär att skapa ett biologiskt stöd som kan stödja follikelöverlevnad och utveckling samtidigt som eventuella cancerceller som kan finnas i äggstocksvävnaden elimineras. Denna strategi syftar till att tillhandahålla en säker miljö för follikulär utveckling som kan transplanteras tillbaka till patienten utan risk för canceråterfall.

Forskare har experimenterat med olika naturliga och syntetiska material för att skapa optimala stöd för en artificiell äggstock. Dessa material inkluderar fibrin, agaros, Matrigel och fibrinogen/trombin-kombinationer. Varje material erbjuder olika fördelar för att stödja follikelöverlevnad och tillväxt.

Studier har visat att de mekaniska egenskaperna hos stödmaterialet påverkar follikelöverlevnad och utveckling avsevärt. Den idealiska matrisen bör tillhandahålla tillräckligt fysiskt stöd samtidigt som den tillåter nödvändig näringsutbyte och follikeltillväxt. Forskning indikerar att fibrinmatriser, i synnerhet, visar potential eftersom deras ultrastruktur och rigiditet mest liknar den hos mänsklig äggstocksbarkvävnad.

Utöver helt artificiella matriser utforskar forskare möjligheten att använda avcellulerad mänsklig ovariecortex. Denna process innebär att allt cellmaterial avlägsnas från donerad ovarievävnad, så att endast det extracellulära matrixramverket återstår. Denna naturliga stödstruktur skulle sedan kunna återbefolkas med patientens egna folliklar efter att dessa renats från eventuella cancerceller.

Den artificiella äggstocksmetoden erbjuder flera potentiella fördelar. Det skulle kunna möjliggöra för läkare att screena stödstrukturen för cancerceller före transplantation, vilket säkerställer fullständig säkerhet. Det ger också möjlighet att optimera miljön för follikelutveckling, vilket potentiellt kan förbättra framgångsraten jämfört med konventionell transplantation. Betydande tekniska utmaningar kvarstår dock för att skapa en fullt funktionell artificiell äggstock som kan stödja fullständig follikelutveckling och återställning av normal hormonfunktion.

Aktuell forskning fokuserar på att identifiera optimala stödmaterial, utveckla effektiva återbefolningstekniker och säkerställa långtidssöverlevnad och funktion hos transplanterade folliklar. Trots lovande resultat befinner sig den artificiella äggstocksmetoden fortfarande i tidiga experimentella stadier och kommer att kräva omfattande ytterligare forskning innan klinisk tillämpning.

Rensningstekniker för att eliminera cancerceller

Rensningsstrategier syftar till att eliminera maligna celler från ovarievävnad före transplantation samtidigt som viabiliteten hos friska folliklar bevaras. Denna metod skulle kunna möjliggöra för patienter att säkert använda sin egen kryokonserverade vävnad, med bevarad naturlig ovarialmiljö som stödjer optimal follikelutveckling.

Flera tekniker utforskas för att rensa ovarievävnad från cancerceller. Dessa inkluderar fysiska separationsmetoder, kemiska behandlingar, immunologiska tillvägagångssätt och fotodynamisk terapi. Varje metod syftar till att selektivt rikta in sig på och förstöra cancerceller samtidigt som de värdefulla äggfolliklarna skonas.

Fysiska separeringstekniker utnyttjar skillnader i storlek, densitet eller andra fysiska egenskaper mellan cancerceller och folliklar. Till exempel har vissa forskare använt densitetsgradientcentrifugering för att separera mindre cancerceller från större follikulära strukturer. Dessa metoder visar potential men kan inte eliminera alla cancerceller, särskilt om de är lika stora som follikelceller.

Kemiska reningsmetoder innebär behandling av ovarievävnad med antikancerläkemedel som selektivt riktar in sig på maligna celler. Utmaningen ligger i att hitta läkemedel som effektivt dödar cancerceller utan att skada de känsliga äggfolliklarna eller äventyra framtida fertilitet. Forskare undersöker olika kemoterapeutiska läkemedel i varierande koncentrationer och exponeringstider för att identifiera optimala reningsprotokoll.

Immunologiska metoder använder antikroppar som specifikt riktar in sig på cancercellmarkörer. Dessa antikroppar kan konjugeras med gifter eller användas för att markera cancerceller för förstöring av immunsystemet. Detta tillvägagångssätt erbjuder hög specificitet men kräver identifiering av tillförlitliga cancerspecifika markörer som inte finns på follikelceller.

Fotodynamisk terapi innebär användning av ljuskänsliga föreningar som tas upp preferentiellt av cancerceller. När dessa föreningar aktiveras av specifika ljusvåglängder producerar de toxiska syrearter som dödar cancercellerna. Denna metod visar potential för ytrening men kan vara mindre effektiv för cancerceller djupt inne i vävnadsfragment.

Den största utmaningen med alla reningsstrategier är att säkerställa fullständig eliminering av cancerceller samtidigt som follikelviabilitet och funktion bevaras. Även några kvarvarande cancerceller skulle potentiellt kunna orsaka återfall. Forskare utvecklar känsliga detekteringsmetoder för att verifiera fullständig cancer-cellutrotning före transplantation, men detta förblir tekniskt utmanande.

Äggmognad via xenotransplantation

Xenotransplantation innebär transplantation av mänsklig ovarievävnad till immundefekta djur för att stödja follikelutveckling och äggmognad. De mogna äggen kan sedan hämtas från djuvärdar och användas för IVF, vilket undviker behovet av att transplantera vävnad tillbaka till den mänskliga patienten och därmed eliminera canceråterfallsrisk.

Detta tillvägagångssätt utnyttjar den naturliga ovarialmiljön som tillhandahålls av djuvärden för att stödja fullständig follikelutveckling. Djurets cirkulationssystem tillhandahåller nödvändiga hormoner och näringsämnen, vilket potentiellt leder till bättre kvalitet på ägg jämfört med helt in-vitro-system.

Forskare använder typiskt immundefekta möss som värdar för xenotransplantationsstudier. Dessa djur saknar fungerande immunsystem, vilket förhindrar avstötning av den mänskliga vävnaden. Ovarievävnaden transplanteras vanligtvis till platser som möjliggör enkel övervakning och återhämtning, såsom under njurkapseln eller in i ovariebursan.

Studier har visat att mänsklig ovarievävnad kan överleva och fungera i musvärdar, med folliklar som fortskrider genom olika utvecklingsstadier. Effektiviteten av fullständig follikelutveckling för att producera mogna, befruktningsbara ägg förblir dock relativt låg. Forskare arbetar med att optimera transplantationstekniker och värdförhållanden för att förbättra resultat.

Etiska överväganden representerar en betydande fråga vid xenotransplantation. Användningen av djur som värdar för mänsklig vävnad väcker olika etiska frågor som måste noggrant hanteras. Dessutom är regulatoriska hinder för tekniker som involverar djur-människa-kombinationer betydande och varierar mellan länder.

Säkerhetsfrågor inkluderar potentiell överföring av djurpatogener till människor via de hämtade äggen eller den avlägsna möjligheten att mänskliga celler kontaminerar djuvärden. Strikta protokoll behövs för att säkerställa fullständig separation mellan mänskliga och djuriska biologiska system och för att förhindra tvärarts-kontaminering.

Trots dessa utmaningar erbjuder xenotransplantation ett värdefullt forskningsverktyg för att studera mänsklig follikelutveckling och testa säkerhetsstrategier. Det kan också erbjuda en genomförbar väg till fertilitetsåterställelse för vissa patienter om etiska och säkerhetsfrågor kan tillfredsställande hanteras genom ytterligare forskning och regulatorisk utveckling.

Stamcellsbaserad äggbildning

Stamcellsbaserade tillvägagångssätt syftar till att generera nya ägg från olika typer av stamceller, vilket potentiellt kan ge en obegränsad källa till ägg för fertilitetsåterställning utan behov av ovarievävnadstransplantation. Denna revolutionerande metod skulle helt kunna undvika risken för canceråterfall eftersom den inte skulle använda potentiellt kontaminerad ovarievävnad.

Forskare utforskar flera typer av stamceller för äggbildning. Dessa inkluderar embryonala stamceller, inducerade pluripotenta stamceller (skapade genom omprogrammering av vuxna celler) och ovariala stamceller. Varje celltyp erbjuder olika fördelar och utmaningar för att generera funktionella mänskliga ägg.

Embryonala stamceller har potential att differentiera till vilken celltyp som helst, inklusive ägg. Deras användning innebär dock betydande etiska överväganden, och de resulterande äggen skulle ha genetiskt material från embryodonatorn snarare än patienten, om de inte skapats genom terapeutiska kloneringstekniker.

Inducerade pluripotenta stamceller (iPSC) erbjuder ett potentiellt mer acceptabelt alternativ. Dessa skapas genom omprogrammering av patientens egna vuxna celler (som hudceller) tillbaka till ett embryoliknande tillstånd. iPSC:erna skulle sedan kunna differentieras till ägg med patientens genetiska material. Detta tillvägagångssätt undviker etiska frågor associerade med embryonala stamceller och säkerställer genetisk kompatibilitet.

Vissa forskning tyder på att äggstocken själv kan innehålla stamceller som kan generera nya ägg under hela livet, vilket utmanar den långvariga uppfattningen att kvinnor föds med alla ägg de någonsin kommer att ha. Om detta bekräftas skulle dessa ovariala stamceller potentiellt kunna skördas, expanderas i odling och differentieras till mogna ägg.

Processen att generera funktionella ägg från stamceller är extremt komplex och ännu inte fullt ut förstådd. Forskare måste replikera den intrikata processen av äggbildning, som normalt sker under fosterutveckling och involverar komplex genetisk och epigenetisk programmering. Nuvarande tekniker har lyckats producera äggliknande celler i möss, men att generera fullt funktionella mänskliga ägg kapabla till normal befruktning och utveckling förblir en betydande utmaning.

Säkerhetsfrågor med stamcellsbaserade tillvägagångssätt inkluderar potential för abnorm genetisk eller epigenetisk programmering som kan leda till utvecklingsavvikelser hos resulterande embryon. Omfattande forskning behövs för att säkerställa att stamcellsderiverade ägg genomgår normal meios och har korrekt kromosomsammansättning och epigenetiska markörer.

Även om stamcellsbaserad äggbildning representerar kanske den mest revolutionerande metoden för säker fertilitetsåterställning, förblir den i de tidigaste forskningsstadierna. Betydande framsteg inom grundvetenskap behövs innan detta tillvägagångssätt kan övervägas för klinisk tillämpning, men det hyser enormt löfte för fertilitetsbevarandets framtid.

Konsekvenser för cancerpatienter

Denna forskning representerar avgörande framsteg mot att adressera den mest betydande säkerhetsfrågan inom ovarievävnadstransplantation—den potentiella återintroduktionen av cancer. För canceröverlevare, särskilt de med blodcancer som leukemi där risken för ovarieinvolvering når 50 %, skulle dessa experimentella tillvägagångssätt så småningom kunna ge säkra vägar till biologiskt föräldraskap.

För närvarande måste patienter som överväger ovarievävnadstransplantation genomgå rigorös säkerhetsscreening. Läkare använder olika metoder för att upptäcka cancerceller i lagrad vävnad, inklusive immunhistokemi, molekylär analys av tumorspecifika transkript och ibland xenotransplantation till immundefekta möss för att bekräfta frånvaro av metastatiska celler. Alla dessa tester är dock destruktiva för den analyserade vävnaden och kan inte appliceras på de fragment som faktiskt ska transplanteras.

Även när testade fragment visar inga cancerceller, kan kvarvarande vävnad fortfarande hysa mikrometastaser på grund av provtagningsbegränsningar. Denna osäkerhet skapar betydande ångest för patienter och läkare som överväger transplantation. De experimentella strategier som granskats här syftar till att eliminera denna osäkerhet genom att antingen undvika vävnadstransplantation helt (IVM, stamcellsmetoder) eller säkerställa fullständig cancer-cellavlägsnande före transplantation (rening, artificiell äggstock).

För närvarande bör ovarievävnadstransplantation endast utföras på fertilitetskliniker med omfattande erfarenhet, efter noggrant fallgranskning av ett multidisciplinärt team. Ingreppet anses generellt säkert för de flesta solida tumörer där ovarieinvolvering är begränsad, men förblir kontroversiellt för blodcancer med hög metastaseringsrisk.

Patienter som har lagrad ovarievävnad bör diskutera dessa framväxande alternativ med sina fertilitetsspecialister. Även om inga är kliniskt tillgängliga än, kan förståelse för forskningslandskapet hjälpa till att fatta välgrundade beslut om framtida fertilitetsåterställningsmöjligheter. Patienter kan också överväga att delta i kliniska prövningar när dessa metoder avancerar till mänskliga teststadier.

Utvecklingen av dessa säkerhetsstrategier gynnar särskilt unga cancerpatienter som genomgår fertilitetsbevarande före puberteten, då äggfrysning inte är möjlig. Dessa patienter har få alternativ utöver äggstocksvävnadsfrysning, vilket gör säkra transplantationstekniker särskilt värdefulla för deras framtida fertilitetsåterställning.

Nuvarande begränsningar och utmaningar

Alla fem strategier befinner sig fortfarande i experimentella stadier med betydande begränsningar som måste åtgärdas före klinisk tillämpning. In-vitromognadsmetoden står inför effektivitetsutmaningar – nuvarande tekniker producerar relativt få mogna ägg jämfört med antalet folliklar som initialt finns i äggstocksvävnaden. Kvaliteten på in-vitromogna ägg väcker också oro, eftersom de ofta uppvisar avvikelser i polkroppsstorlek och cumulusexpansion jämfört med naturligt mogna ägg.

Utveckling av artificiell äggstock kämpar med att skapa stödstrukturer som perfekt efterliknar den naturliga äggstocksmiljön. Även om fibrinnatriser visar potential i att efterlikna den humana äggstocksbarkens ultrastruktur, förblir det utmanande att upprätthålla långsiktig follikelöverlevnad och -funktion i artificiella miljöer. Forskare behöver också utveckla tillförlitliga tekniker för att återbefolka stödstrukturer med renade folliklar utan att skada dessa känsliga strukturer.

Rensningsstrategier står inför den grundläggande utmaningen att helt eliminera cancerceller samtidigt som follikelviabiliteten bevaras. Nuvarande detektionsmetoder kan inte identifiera minimal residual sjukdom, vilket skapar risk för falskt negativa resultat. De aggressiva behandlingar som krävs för att döda cancerc