Publication

Murine ovarian follicle culture in PEG-hydrogel: Effects of mechanical properties and the hormones FSH and LH on development

Résumé

The development of an in vitro culture system, comparable to the in vivo environment in terms of effects on oocyte growth and development, could provide a valuable experimental tool for studying the mechanisms governing oocyte development as well as practical clinical, agricultural, zoological, and biotechnological applications. This study reports on the importance of the microenvironment for the ovarian folliculogenesis process. The complexity of such a microenvironment was approached with a strategy based on functionalized PEG-hydrogels. The PEG matrix not only serves as a scaffold, but it is also used a reservoir of immobilized cues. Using tethered integrin-binding peptides in combination with other signaling factors, we aimed at better understanding the interactions of the oocyte and its surrounding granulosa that may determine the efficiency of the actual and the future in vitro mature oocyte production. In a first step, the mechanical properties of PEG-hydrogel were optimized for producing secondary follicles, in which the oocyte is surrounded by two layers of granulosa cells. Follicle growth was highly dependent on the mechanical properties of the surrounding environment, with the optimal elastic modulus being approx. 1 kPa. The effects of key soluble factors were also investigated to confirm their compatibility with the established 3-D culture system and to further qualitatively and quantitatively improve the produced mature oocytes. Accordingly, various combinations of the gonadotropins follicle-stimulating hormone (FSH) and luteinizing hormone (LH) were tested. Interestingly, the effects of the gonadotropins in the 3-D PEG system were close to their known in vivo effects. In conclusion, this study demonstrates the efficiency and the flexibility of a novel 3-D culture system, PEG-hydrogel. Circumventing problems inherent to the "on-plastic" standard culture, such as the loss of the granulosa-oocyte interactions, allowed the emergence of a culture system tailored for investigating fundamental folliculogenesis-related questions. Furthermore, the reported culture system may serve as a platform for developing clinical and biotechnology applications.

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Follicule ovarien
Un est un agrégat de cellules sphérique dans les ovaires, contenant l'ovocyte qui est relâché pendant l'ovulation. Il consiste en un revêtement externe fibrovasculaire, un revêtement interne de cellules nucléées, et un fluide transparent, albumineux dans lequel l'ovocyte est suspendu. Les follicules ont été observés pour la première fois en 1672, par De Graaf. Il est possible de le considérer comme l'unité fonctionnelle de l'ovaire, permettant d'un côté la production d'hormones stéroïdiennes et de l'autre la maturation progressive de l'ovocyte.
Hormone folliculo-stimulante
L'hormone folliculo-stimulante (HFS) est une hormone peptidique (glycoprotéine) tirant son nom de l'anglais Follicle Stimulating Hormone (FSH). L'hormone folliculo-stimulante (FSH) se compose de deux chaînes (alpha et bêta) et a une structure semblable à celle de l'hormone lutéinisante (LH), de la thyréostimuline (TSH) et de l'hormone chorionique gonadotrope humaine (hCG). La FSH est produite par l'antéhypophyse, sa sécrétion est stimulée par l'hormone de libération des gonadotrophines hypophysaires (GnRH) produite par l'hypothalamus.
Folliculogénèse
vignette|360x360px|Folliculogénèse humaine Chez les animaux, la folliculogénèse est un processus biologique ovarien (dans le cortex ovarien), continu, long (plusieurs mois), très sélectif (99 % des follicules meurent par atrésie) et cyclique consistant en la maturation progressive du follicule ovarien, une enveloppe de cellules somatique contenant un ovocyte immature (ovocyte I). vignette|343x343px|Schéma sur la croissance folliculaire terminale et le devenir du corps jaune avec non fécondation de l'ovocyte.
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