هیدروژل آلژینات بایومیمتیک: بستری نوین برای نگهداری بافت تخمدان انکپسوله ‌شده در مدل حیوانی

نوع مقاله : اصیل پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری تخصصی، گروه فیزیولوژی، آزمایشگاه فیزیولوژی تولید مثل، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران.

2 دانشیار گروه فیزیولوژی، آزمایشگاه فیزیولوژی تولید مثل، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران.

3 استاد مؤسسه مطالعات تجربی و بالینی، آزمایشگاه تحقیقاتی فیزیوپاتولوژی تولید مثل، دانشگاه یو سی لوون، بروکسل، بلژیک.

4 استاد گروه آناتومی پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران.

10.22038/ijogi.2025.89724.6496

چکیده

مقدمه: فرآیند انجماد- ذوب بافت تخمدان، با وجود اهمیت آن در حفظ باروری، معمولاً باعث آسیب‌های ساختاری و کاهش بقای فولیکول‌ها می‌شود. این آسیب‌ها عمدتاً ناشی از استرس‌های اسمزی و مکانیکی و تغییرات ریزمحیط بافت هستند. هیدروژل آلژینات به‌دلیل زیست‌سازگاری و قابلیت تنظیم خواص مکانیکی، به‌عنوان یک سیستم حفاظتی بالقوه برای انکپسوله‌سازی بافت تخمدان مطرح است. مطالعه حاضر با هدف بررسی اثر انکپسوله‌سازی بافت تخمدان در هیدروژل آلژینات روی کاهش آسیب‌های ناشی از فرآیند انجماد- ذوب انجام شد.
روش‌کار: هیدروژل آلژینات با ترکیب آلژینات، کلسیم‌کربنات (CaCO₃) و گلوکونو دلتا لاکتون (Glucono-δ-lactone; GDL) و با استفاده از روش طراحی سطح پاسخ (RSM) برای دستیابی به مدول ذخیره و زمان ژل‌شدن مشابه بافت طبیعی طراحی شد. قطعات کورتکس تخمدان در سه گروه آزمایشی: بافت تازه، بافت منجمد شده به روش آهسته، و بافت منجمد شده و انکپسوله شده در آلژینات قرار گرفتند. پس از ذوب، قطعات به‌مدت ۲۴ ساعت کشت داده شدند و ارزیابی‌های بافتی شامل شمارش فولیکول‌های آغازین و اولیه و بررسی سلول‌های استرومایی و ماتریکس خارج‌سلولی انجام شد. آنالیز داده‌ها با نرم‌افزار GraphPad Prism (نسخه 9) و آزمون‌ آنووا با تعقیبی توکی انجام شد. میزان p کمتر از 05/0 معنی‌دار در نظر گرفته شد.
یافته­ ها: تراکم فولیکول‌های آغازین و اولیه در گروه انکپسوله‌ شده به‌طور معنی‌داری بالاتر از گروه منجمد بود (05/0>p). سلامت سلول‌های استرومایی و ساختار ماتریکس در گروه هیدروژل بهتر حفظ شد (001/0>p). مدول ذخیره هیدروژل حدود ۱۷۵۰ پاسکال و زمان ژل‌ شدن تقریباً ۳۰ دقیقه بود که خواص مکانیکی مشابه بافت طبیعی را شبیه‌سازی می‌کند.
نتیجه­ گیری: انکپسوله‌سازی بافت تخمدان در هیدروژل آلژینات باعث کاهش آسیب‌های ناشی از فرآیند انجماد- ذوب و بهبود بقای فولیکول‌ها و ساختار استرومای تخمدان می‌شود. این روش، راهکاری نوین برای حفظ باروری ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Alginate Biomimetic Hydrogel: A Novel Matrix for the Preservation of Encapsulated Ovarian Tissue in an Animal Model

نویسندگان [English]

  • Keyvan Sobhani 1
  • Amjad Farzinpour 2
  • Christiani Amorim 3
  • Fardin Amidi 4
1 Ph.D. of Physiology, Reproductive Physiology Laboratory, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran.
2 Associate Professor, Department of Physiology, Reproductive Physiology Laboratory, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran.
3 Professor, Institute of Experimental and Clinical Research, Laboratory of Physiopathology and Reproduction Research, UC Louvain, Brussels, Belgium.
4 Professor, Department of Anatomy, Faculty of Medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Introduction: Ovarian tissue cryopreservation, despite its importance in fertility preservation, often causes structural damage and reduces follicle survival. These damages are mainly attributed to osmotic and mechanical stresses as well as changes in the tissue microenvironment. Alginate hydrogel, due to its biocompatibility and tunable mechanical properties, has emerged as a potential protective system for ovarian tissue encapsulation. The present study was conducted with aim to investigate the effect of encapsulating ovarian tissue in alginate hydrogel on mitigating damage induced by the freeze-thaw process.
Methods: Alginate hydrogel composed of alginate, calcium carbonate (CaCO₃), and glucono-δ-lactone (GDL) was designed using a response surface methodology (RSM) to achieve a storage modulus and gelation time similar to those of native tissue. Ovarian tissue from prepubertal sheep was encapsulated, subjected to slow freezing, and cultured for 24 hours post-thaw. Histological evaluations included counting the density of primordial and primary follicles, as well as assessing stromal cells and the extracellular matrix. Data were analyzed using GraphPad Prism (version 9) and analysis of variance (ANOVA) and Tukey’s post-hoc tests. P<0.05 was considered statistically significant.
Results: The density of primordial and primary follicles in the encapsulated group was significantly higher than in the frozen group (p<0.05). Stromal cell health and extracellular matrix integrity were better preserved in the hydrogel group (p<0.001). The hydrogel exhibited a storage modulus of approximately 1,750 Pa and a gelation time of around 30 minutes, simulating the mechanical properties of native tissue.
Conclusion: Encapsulation of ovarian tissue in alginate hydrogel reduces freeze-thaw–induced damage and improves follicle survival and stromal structure. This approach offers a novel strategy for fertility preservation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alginate
  • Encapsulation
  • Follicle survival
  • Ovary
  • Tissue freezing

مراجع

  1. Kerr JB, Myers M, Anderson RA. The dynamics of the primordial follicle reserve. Reproduction 2013; 146(6):R205-15.
  2. Dittrich R, Maltaris T, Hoffmann I, Oppelt PG, Beckmann MW, Mueller A. Fertility preservation in cancer patients. Minerva ginecologica 2010; 62(1):63-80.
  3. Picton HM. Preservation of female fertility in humans and animal species. Animal reproduction 2018; 15(3):301.
  4. Fathi R, Rezazadeh Valojerdi M, Salehnia M, Ebrahimi B, SalmanYazdi R. Ovarian tissue transplantation: advantages, disadvantages and upcoming challenges (A review article). Journal of Mazandaran University of Medical Sciences 2014; 24(113):253-65.
  5. Rezaie M, Fathi F, Seyyedoshohadaie F, Rah Hagh R. Comparison of cryopreservation of bovine ovarian tissue: slow and rapid cryopreservation. The Iranian Journal of Obstetrics, Gynecology and Infertility 2012; 15(2):1-6.
  6. Rivas Leonel EC, Lucci CM, Amorim CA. Cryopreservation of human ovarian tissue: a review. Transfusion medicine and hemotherapy 2019; 46(3):173-81.
  7. Jones AS, Shikanov A. Ovarian tissue cryopreservation and novel bioengineering approaches for fertility preservation. Current breast cancer reports 2020; 12(4):351-60.
  8. Sahoo DR, Biswal T. Alginate and its application to tissue engineering. SN Applied Sciences 2021; 3(1):30.
  9. Gattazzo F, Urciuolo A, Bonaldo P. Extracellular matrix: a dynamic microenvironment for stem cell niche. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects 2014; 1840(8):2506-19.
  10. Ghahremani-Nasab M, Babaie S, Bazdar S, Paiva-Santos AC, Del Bakhshayesh MR, Akbari-Gharalari N, et al. Infertility treatment using polysaccharides-based hydrogels: new strategies in tissue engineering and regenerative medicine. Journal of Nanobiotechnology 2025; 23(1):162.
  11. Asgari F, Valojerdi MR, Ebrahimi B, Fatehi R. Three dimensional in vitro culture of preantral follicles following slow-freezing and vitrification of mouse ovarian tissue. Cryobiology 2015; 71(3):529-36.
  12. Sadeghnia S, Akhondi MM, Hossein G, Mobini S, Hosseini L, Naderi MM, et al. Development of sheep primordial follicles encapsulated in alginate or in ovarian tissue in fresh and vitrified samples. Cryobiology 2016; 72(2):100-5.
  13. Kavand A, Noverraz F, Gerber-Lemaire S. Recent advances in alginate-based hydrogels for cell transplantation applications. Pharmaceutics 2024; 16(4):469.
  14. Huang H, Choi JK, Rao W, Zhao S, Agarwal P, Zhao G, et al. Alginate hydrogel microencapsulation inhibits devitrification and enables large‐volume low‐CPA cell vitrification. Advanced functional materials 2015; 25(44):6839-50.
  15. Mohanty S, Wu Y, Chakraborty N, Mohanty P, Ghosh G. Impact of alginate concentration on the viability, cryostorage, and angiogenic activity of encapsulated fibroblasts. Materials Science and Engineering: C 2016; 65:269-77.
  16. Jamalzaei P, Valojerdi MR, Montazeri L, Baharvand H. Applicability of hyaluronic acid-alginate hydrogel and ovarian cells for in vitro development of mouse preantral follicles. Cell Journal (Yakhteh). 2020 Sep 8; 22(Suppl 1):49.
  17. Feng Q, Wang J, Yi D, Li S, Cheng Y, Chen Z, et al. Epigallocatechin Gallate Cooperated with Hydrogel Encapsulation Enable High-performance Cryopreservation of Mouse Ovaries. Materials Today Bio 2025: 101883.
  18. Aminian S, Mazoochi T, Hosseini ES, Jamalzaei P, Taheri MA. Protective Effect of Bio-Scaffold Against Vitrification Damage in Mouse Ovarian Tissue. Reproductive Sciences 2024; 31(11):3512-20.
  19. Shahrbabak SM, Jalali SM, Fathabadi MF, Tayebi-Khorrami V, Amirinejad M, Forootan S, et al. Modified alginates for precision drug delivery: Advances in controlled-release and targeting systems. International Journal of Pharmaceutics: X 2025: 100381.
  20. Chu Y, Zhang J, Wang L, Xie J, Chen J, Hu X, et al. The mechanism and protective strategies of follicle injury after ovarian tissue cryopreservation and thawed transplantation: a review. Journal of Ovarian Research 2025; 18(1):217.
  21. Kuo CK, Ma PX. Ionically crosslinked alginate hydrogels as scaffolds for tissue engineering: Part 1. Structure, gelation rate and mechanical properties. Biomaterials 2001; 22(6):511-21.
  22. Lierman S, Bus A, Andries S, Trias E, Bols PE, Tilleman K. Passive slow freezing is an efficacious and cost-effective alternative to controlled slow freezing for ovarian tissue cryopreservation. Cryobiology 2021; 100:164-72.
  23. Vermeulen M, Poels J, De Michele F, Des Rieux A, Wyns C. Restoring fertility with cryopreserved prepubertal testicular tissue: perspectives with hydrogel encapsulation, nanotechnology, and bioengineered scaffolds. Annals of biomedical engineering 2017; 45(7):1770-81.
  24. Fathiraja P, Gopalrajan S, Karunanithi M, Nagarajan M, Obaiah MC, Durairaj S, et al. Response surface methodology model to optimize concentration of agar, alginate and carrageenan for the improved properties of biopolymer film. Polymer Bulletin 2022; 79(8):6211-37.
  25. Bartnikowski M, Bartnikowski NJ, Woodruff MA, Schrobback K, Klein TJ. Protective effects of reactive functional groups on chondrocytes in photocrosslinkable hydrogel systems. Acta biomaterialia 2015; 27:66-76.
  26. Li L, Wang S, Chen Y, Dong S, Zhang C, Liao L, et al. Hydrogels mimicking the viscoelasticity of extracellular matrix for regenerative medicine: Design, application, and molecular mechanism. Chemical Engineering Journal 2024; 498:155206.
  27. Li Z, Song P, Li G, Han Y, Ren X, Bai L, et al. AI energized hydrogel design, optimization and application in biomedicine. Materials Today Bio 2024; 25:101014.
مجله زنان، مامایی و نازایی ایران
دوره 28، شماره 10
دی 1404
صفحه 36-48

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار