# 運用新世代生物資料庫建構女性生殖道組織模型以探索人類生理機制（Human FRT Biobank Supports Discoveries）
- **會議／場次：** ENDO 2026／MTS01
- **短講：** MTS01｜Understanding the Human Condition Using New Model Systems Developed with Biobanked Female Reproductive Tract Tissue (Human FRT Biobank Supports Discoveries)
- **講者：** Monica M. Laronda, PhD
## 整理稿
### 演講背景與政策趨勢：美國衛生研究院（NIH）與食品藥物管理局（FDA）新轉型政策
近年美國健康與醫藥研究政策發生重大變革，政策重點逐漸轉向優先支持以「人類」為基礎的研究技術（human-based research technologies）。
在 2026 年 4 月，美國食品藥物管理局（Food and Drug Administration, FDA）正式提出一項計畫，擬逐步取消針對單株抗體（monoclonal antibodies）及其他藥物進行強制性動物實驗的要求，並鼓勵在試驗用新藥（Investigational New Drug, IND）申請中納入**新接近法／新替代方法（New Approach Methodologies, NAMs）**的數據。
針對此一轉變，美國衛生研究院（National Institutes of Health, NIH）院長亦發布正式政策，旨在減少 NIH 資助研究中的動物實驗使用量。為落實此政策，NIH 於院長辦公室下設立了**研究創新、驗證與應用辦公室（Office of Research Innovation, Validation, and Application, ORIVA）**，其主要職責包括：
1. **增加資金與培訓**：擴大對非動物研究方法的資金投入與人才培訓。
2. **審查標準轉變**：在研究計畫審查中，評估重點轉向研究方法對目標問題的適用性（suitability）、使用情境（context of use）、可轉譯性（translatability）及人類相關性（human relevance）。
3. **基礎設施建設**：建立並提升非動物研究方法的基礎設施與可及性。
4. **定期進度報告**：每年發布報告，記錄減少動物實驗資金與轉向人類基礎研究方法的進展。
5. **審查機制革新**：培訓計畫書審查人員，以辨識傳統動物實驗可能帶有的偏差（bias），並在同儕審查小組（study sections）中納入替代方法（NAMs）專家。
Slides 延伸補充：根據 NIH 官方定義，「NAMs」包含微生理系統（microphysiological systems, MPS）、體外（*in vitro*）、化學體外（*in chemico*）、電腦模擬（*in silico*）、實驗室桌上型設備、人工智慧（AI）及綜合性（combinatorial）測試方法等，旨在不使用活體生物的前提下進行科學探索。
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### 建立人類女性生殖道生物資料庫：兩大核心樣本來源管道
為了響應 NAMs 的發展需求，研究團隊建立了**女性生殖道（Female Reproductive Tract, FRT）生物資料庫**（FertiHOPE Biobank）。目前主要由兩個管道獲取人類臨床組織樣本：
#### 管道一：活體手術患者樣本（Lurie 兒童醫院生育保存計畫）
講者與兒童外科醫師 Erin Rowell 共同主持芝加哥 Lurie 兒童醫院（Lurie Children's Hospital）的生育保存計畫（Fertility Preservation Program）。
* **臨床情境**：主要對象為即將接受化療或放射線治療的兒童與青少年癌症或血液疾病患者。由於治療具有高風險導致日後性腺功能不全（gonadal insufficiency），團隊提供**卵巢組織冷凍保存（ovarian tissue cryopreservation, OTC）**臨床服務。此服務目前已被美國生殖醫學會（American Society for Reproductive Medicine, ASRM）認定為非實驗性的標準臨床處置。
* **知情同意與法規**：研究樣本的收集須通過研究倫理審查委員會（Institutional Review Board, IRB）核准。每位患者或家屬均須簽署知情同意書（informed consent），研究數據與樣本對研究人員進行代碼化（coded）處理。
* **樣本採集節點與類別**：
1. **血液樣本**：在抽血進行癌症與生殖內分泌常規評估時，取得額外剩餘血液，可分離出周邊血單核細胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMCs）以建立人類誘導性多功能幹細胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）株，並留存血清（serum）與胞外體（extracellular vesicles, EVs）。
2. **病理切片**：臨床進行卵巢切除時，病理科會依常規進行病理檢查，研究團隊可申請共享病理組織學切片，或在同意下採集研究用組織。
3. **處理培養基（Processing media）**：在將卵巢切除組織沖洗、去除卵巢門（hilar region）及電灼壞死組織並切成皮質條（cortical strips）的過程中，培養基中會懸浮大量細胞與卵丘卵母細胞複合體（cumulus oocyte complexes, COCs）。這些物質在常規臨床作業中通常會被丟棄，但在獲得同意後可回收用於實驗室研究。
4. **逝世患者捐贈**：若參加 OTC 的患者不幸離世，家屬可選擇將當初冷凍保存的卵巢組織轉為研究捐贈。
Slides 延伸補充：在 FertiHOPE 兒童患者（Lurie Children's）OTC 資料庫中，樣本中位數年齡為 8.87 歲（範圍 0 至 35 歲，n=181）。種族分布為：白人（White）59%、非裔／黑人（Black/African American）10%、亞裔（Asian）6%、其他 17%、無數據 8%。
#### 管道二：逝世器官捐贈者樣本（Gift of Hope 器官捐贈計畫）
第二個組織來源為透過美國器官分配網絡（Organ Procurement and Transplantation Network, OPTN）區域器官捐贈機構 **Gift of Hope**（負責第七區 Region 7）取得的逝世器官捐贈者樣本。
* **法規程序**：此管道需獲得醫療委員會（Medical Board）審查通過、取得 IRB 免除審查函（IRB exemption letter），並簽署標準材料轉移協定（Material Transfer Agreement, MTA）。所有臨床資料與樣本均對研究人員完全去識別化（de-identified）。
* **全女性生殖道（FRT）聯合採集**：研究團隊發現，其他機構大多僅索取器官捐贈者的卵巢，導致子宮、輸卵管、子宮頸與陰道無人使用。因此，團隊建立了隨時待命（on-call）的處理機制，完整回收整套女性生殖道器官，並與全美多家合作實驗室共享：
* **卵巢（Ovaries）**：Laronda 實驗室、Elnur Babayev（西北大學）。
* **輸卵管（Fallopian tubes）**：Sarah Heilshorn（史丹佛大學）、Ann Marie Carias & Thomas Hope（西北大學）。
* **子宮與子宮內膜（Uterus & Endometrium）**：Juan Gnecco（塔夫茨大學）、Julie Kim（西北大學）、Serdar Bulun（西北大學）。
* **子宮頸與陰道（Cervix & Vagina）**：Daniela Matei（西北大學）、Jim Pru（懷鄂明大學）、Taneka Jones（理海大學）。
Slides 延伸補充：器官捐贈者（Gift of Hope）資料庫中，中位數年齡為 44.00 歲（n=125）。種族分布為：白裔／歐裔 68%、非裔／黑人 19%、亞裔 4%、阿拉斯加原住民 2%、其他 3%、未知 4%。獲取的全卵巢會進行慢速冷凍（slow-frozen）、急速冷凍（snap-frozen）、橫切面切片（cross-sectional slices）及中心包埋切片（embedded central slice）等處理。
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### 組織空間取向與多模態生物資料庫建構
當面對大體積的人類器官（如整顆卵巢或子宮）時，維護組織採樣的空間定位（spatial orientation）至關重要。Laronda 團隊參與了 NIH **人類生物分子圖譜計畫（Human Biomolecular Atlas Program, HubMAP）**，共同制定了卵巢亞解剖學（sub-anatomical）組織處理規範：
1. **解剖定位與剖半**：明確標示卵巢表面上皮（ovarian surface epithelium, OSE）、皮質（cortex）、髓質（medulla）、卵巢門（hilum）及骨盆漏斗韌帶／卵巢固有韌帶（infundibulopelvic/IP ligament & utero-ovarian ligament）。
2. **空間分切策略**：自中央切出 0.5–1 mm 的連續切片用於組織學與原位分析，並區分中央至外側極（central to lateral pole）。
3. **多模態保存（Multi-modal Banking）**：
* **固定包埋（Fixation & Embedding）**：中央 0.5–1 mm 切片用於多重影像（multiplex imaging）與組織原位分析（in situ tissue assays）。
* **急速冷凍（Snap-frozen）**：用於頂向下蛋白質組學（top-down proteomics）與單細胞／單細胞核 RNA 測序（sn/scRNA-seq）。
* **去細胞化（Decellularization, dECM）**：用於萃取胞外矩陣蛋白質組（dECM proteomics）。
* **慢速冷凍（Slow-frozen）**：用於活體組織培養（in situ tissue culture）、內皮細胞分離培養及血管組織分析。
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### 研究範例一：人類卵巢發育亞結構與生物機械力學特性（Young's Modulus）
#### 跨發育階段的卵巢組織學分析
為了瞭解青春期轉銜期（pubertal transition）的人類卵巢結構變化，團隊利用 OTC 患者及器官捐贈者的卵巢切片進行了基礎亞解剖學分析（Tsui EL et al., *F&S Reports* 2023）：
* **幼年期（Prepubertal, 如 2.69 歲、5.47 歲）**：卵巢表面上皮清晰，皮質與髓質分界尚不若成年期明顯。
* **青春期（Pubertal, 如 9.85 歲、10.63 歲、12.35 歲）**：白膜（tunica albuginea）逐漸形成，皮質分界變得顯著。
* **青春期後／成年（Postpubertal, 如 15.79 歲、21.71 歲）**：皮質區域隨年齡增長而顯著變薄，白膜厚度增加。
#### 奈米壓痕技術（Nanoindentation）測量卵巢組織黏彈性
團隊運用機械壓痕儀（mechanical indenter）對完整人類卵巢橫切面進行全器官壓痕測量，單次測量需耗時約 11 小時：
* **數據整合**：壓痕點間距為 500 µm。將測得的楊氏模量（Young's modulus, kPa）力學地圖與同一切片的 H&E 染色圖像進行精確疊加。
* **核心發現**：
* 未生長濾泡（non-growing follicles，如始基濾泡）周圍的間質微環境硬度（stiffness）**顯著高於**已生長濾泡（growing follicles）周圍環境（例如：未生長濾泡區 Young's modulus 可高達 20.54 kPa，而生長中濾泡區降至 2.55 kPa 或 0.78 kPa）。
* 此一微環境硬度差異與在牛（bovine）卵巢模型中觀察到的現象具有高度演化保守性（evolutionarily conserved）。
Slides 延伸補充：跨物種 Matrisome 比較與水凝膠建構流程：將卵巢切成 0.5 mm 至 3.0 mm 的連續切片並進行去細胞化，結合小鼠卵巢去細胞化數據（Dipali et al. 2023）進行跨物種 matrisome 比對。篩選出前 15 大最豐富的保守蛋白質（具備抗壓性與彈性），結合奈米壓痕獲得的硬度數據，成功調配出能精準模擬人類卵巢微環境的客製化水凝膠（tailored hydrogels）。
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### 研究範例二：單細胞定序與蛋白質組學解析卵巢間質分泌組（Secretome）及細胞交聯
#### 單細胞 RNA 測序與分泌蛋白質組學
團隊對來自青春期前與青春期後人類卵巢組織的細胞進行單細胞 RNA 測序（scRNA-seq，n=43,366 cells），精確劃分出膜細胞／基質細胞（theca/stromal）、平滑肌細胞（SMC）、血管內皮、淋巴內皮、神經、髓系及 T 細胞等群落。
同時，將分離的人類卵巢間質細胞進行體外培養，收集其培養上清液（spent media）進行質譜蛋白質組學分析，比對青春期前（Pre）與青春期後（Post）間質細胞分泌蛋白質的顯著差異（如 FHL3、S100A8、TNC、GPX1、GSDME、ITIH2 等）。
#### 體外共同培養（Co-Culture）功能性生長試驗
為了驗證分泌蛋白質的功能，團隊建立了一套交聯評估模型：
* **實驗設計**：將人類青春期前或青春期後的卵巢間質細胞，與分離的濾泡（講者於問答中補充說明係採用小鼠濾泡作為反應指示單位）進行共同培養（Co-Culture, CC）或使用條件培養基（Conditioned Media, CM），觀察濾泡在 8 天培養期內的直徑生長反應（Growth Response Assay）。
* **配體－受體配對分析（Ligand-Receptor Crosstalk）**：整合 scRNA-seq 與分泌組數據，預測配體表達細胞（如膜細胞／基質細胞、內皮細胞、平滑肌細胞）與受體表達細胞（如卵母細胞、顆粒細胞）之間的配對數量與信號傳遞方向。例如，膜細胞／基質細胞與顆粒細胞之間存在多組特定的受體－配體交聯作用，調控濾泡的啟動與生長。
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### 演講結語與重點總結
1. **政策方向**：NIH 與 FDA 正大力推動以人類組織與細胞為基礎的研究技術（human-based approaches）。此政策**並非排除所有重要的動物模型**，而是鼓勵開發具人類相關性的替代系統。
2. **組織獲取管道**：演講展示了活體手術（OTC 臨床剩餘組織）與逝世器官捐贈者（Gift of Hope）兩種建立人類生殖道生物資料庫的實務管線。
3. **NAMs 應用實力**：透過結合組織學、奈米壓痕力學、單細胞定序與蛋白質組學，研究團隊成功解構人類卵巢微環境，並進一步工程化重建體外模型（如客製化水凝膠與功能性共培養系統）。
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### 現場問答
#### Q1：關於從外科手術獲取生育年齡女性卵巢組織的可行性與年齡偏誤問題
**Olga Astapova（羅徹斯特大學）**：我們醫院也在申請 IRB 建立卵巢生物資料庫。我比較擔心的是，在我們這種中型城市的醫療中心，從育齡女性收集外科卵巢組織會不會非常困難？
**Monica M. Laronda 博士**：如果完全依賴外科手術（如卵巢切除術 oophorectomy），確實會面臨顯著的年齡偏誤（age skew）。過去許多良性病變（如重複性卵巢扭轉或大型囊腫）可能會切除卵巢，但現在臨床診斷工具進步，年輕患者切除卵巢的情況大幅減少。若需要特定年齡層的樣本，全美有數個卵巢組織資料庫可以進行跨機構合作共享，不需要完全仰賴自己單一機構的收集。
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#### Q2：關於招募逝世器官捐贈者組織的法規與行政流程
**Olga Astapova（羅徹斯特大學）**：招募逝世捐贈者的組織程序是否完全不同？具體應該如何聯絡？
**Monica M. Laronda 博士**：是的，流程完全不同。你必須先聯繫當地的器官分配機構（Organ Procurement Organization, OPO）。醫院內的移植外科或腫瘤科通常非常熟悉當地的 OPO，也可透過全美 OPTN 網站查詢。在法規方面，主要包含三個部分：
1. 提交計畫申請並通過 OPO 的醫療審查委員會（Medical Board）評估。
2. 向您機構的 IRB 取得 **IRB 免除審查函（IRB exemption letter）**（因為樣本對研究者完全去識別化）。
3. 簽署標準的**材料轉移協定（Material Transfer Agreement, MTA）**。
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#### Q3：關於珍貴生物資源的保存與防廢機制（Safeguarding）
**Olga Astapova（羅徹斯特大學）**：這些人類組織非常珍貴，您如何確保樣本不被浪費、並分配給最優質的研究計畫？
**Monica M. Laronda 博士**：大型生物資料庫（如 Lurie Children's 生物資料庫）通常設有專門的審查委員會，評估研究者提出的申請與實驗設計。而在我們實驗室內部，我們的原則是「絕不浪費任何組織」。如果有合作者需要新鮮組織，我們會在第一時間分送；若暫無即時實驗，我們建立了非常完善的生物冷凍保存（cryopreservation）與固定技術，將組織妥善庫存。
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#### Q4：關於外科手術患者的臨床診斷與背景資訊
**TY2（台灣）**：請問 Lurie Children's 手術切除卵巢的患者背景為何？主要是癌症患者嗎？
**Monica M. Laronda 博士**：在 Lurie Children's，切除卵巢（或部分切除）的唯一臨床理由是進行**卵巢組織冷凍保存（OTC）**。這些兒童患者主要診斷為癌症或血液系統疾病。其中約 60% 的患者在進行 OTC 時**尚未接受任何化放療**。臨床團隊將皮質條保存供患者未來生育使用，而處理過程中的剩餘廢棄物（如洗液培養基、剩餘血樣）或病理共享切片，則在同意下用於研究。因此多數樣本來自青春期前的健康性腺組織。
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#### Q5：關於成人器官捐贈者月經週期階段與缺血時間（Ischemia Time）紀錄
**TY2（台灣）**：針對成人生育年齡捐贈者，是否能紀錄其月經週期階段？另外，手術血管結紮（cross-clamp）造成的缺血時間是否有嚴格紀錄？
**Monica M. Laronda 博士**：
1. **月經週期**：器官捐贈者無法事先追蹤月經週期。但我們會紀錄其是否使用避孕藥、激素治療或裝有避孕器（IUD），並在採樣時抽血，同時藉由解剖子宮內膜的厚度來推斷生理狀態。
2. **缺血時間與活性**：血管結紮（cross-clamp）時間會被精確紀錄。不同器官對缺血的耐受度不同，而我們的驗證數據顯示，**卵巢組織只要在鉗夾後 24 小時內進行實驗或冷凍保存，均能保持極高的細胞活性與健康度**。因此我們所有的實驗均在 cross-clamp 後 24 小時內完成。
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#### Q6：關於 NAMs 在藥物開發與 IND 申請中的「低懸之果」（Low-Hanging Fruit）
**Joanna Burdette（座長，伊利諾大學芝加哥分校）**：NAMs 現在非常熱門。您認為人類生殖道樣本最容易率先切入藥物篩選或 IND 核准的突破口（low-hanging fruit）在哪裡？毒理試驗嗎？
**Monica M. Laronda 博士**：卵巢是一個非常特殊的器官，它其實仍然需要動物模型相互配合。例如在我們的試驗中，使用人類間質細胞與小鼠濾泡進行共培養，因為人類卵母細胞（oocytes）極其稀少且取得困難，不可能大規模用於高通量篩選。因此，我認為目前最容易實現的「低懸之果」包括：
1. **間質／基質細胞（Interstitial/Stromal biology）生物學**：利用受過化療或未受化療的人類間質細胞，評估毒性、纖維化或停經後誘導類固醇生成（steroidogenesis）的藥物反應。
2. **組織工程微環境模型**：透過精確解析人類組織的硬度與蛋白質組，建立工程化替代模型，並將其驗證為標準的人類卵巢模仿系統。
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#### Q7：關於微流體（Microfluidics）與電腦模擬（In Silico / Digital Twins）模型的結合
**Matthew Dean（伊利諾大學）**：您是否有使用微流體或電腦模擬（如數位雙生 digital twins）等其他 NAMs 模型的經驗？
**Monica M. Laronda 博士**：
1. **電腦模擬（In Silico）**：由於人類卵母細胞（oocyte）極其珍貴（一年可能僅能取得約 100 顆），我們正與專家合作，針對單一卵母細胞進行影像與單細胞蛋白質組學分析，並建立電腦模型，預測種原胞泡（germinal vesicle, GV）破裂（GVBD）後染色質結構與染色體定位的變化。
2. **微流體（Microfluidics）**：微流體與灌流技術能極佳地維持組織長期生理功能與氧氣供給。然而，現有的微流體晶片大多並非針對子宮或卵巢這類具有特殊幾何與大體積結構的器官所設計，未來需要更多工程學家投入，開發能容納較大塊人類組織的微流體設備。
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#### Q8：關於楊氏模量（Young's Modulus）與組織纖維化（Fibrosis）的相關性及冷凍復甦可行性
**Keri LeMing（密西根大學）**：在您的研究中，楊氏模量與纖維化指標是否總是呈正相關？另外，除了轉錄組學外，冷凍過的樣本是否還適用於其他功能性分析？
**Monica M. Laronda 博士**：
1. **力學與纖維化**：我們測量的皮質高硬度是卵巢的原生生理狀態。在小鼠與人類實驗中，我們觀察到較硬的環境會直接改變濾泡的激素分泌比例（androstenedione、estradiol 與 progesterone 比例），且高壓物理環境會抑制原始濾泡的激活。我們目前正在利用超高壓培養腔（hyperbaric chambers）驗證此一力學調控機制。
2. **冷凍樣本的適用性**：我們的單細胞 RNA 測序（scRNA-seq）與多項細胞功能分析**完全是在解凍後的冷凍組織上進行的**。由於我們團隊長期負責臨床 OTC，我們對卵巢組織的冷凍解凍品管（QC）非常成熟，解凍後細胞存活率極高。建議各實驗室在建立生物資料庫時，務必反覆驗證自身組織的冷凍解凍 Protocol，以確保後續多模態分析的可靠性。
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#### Q9：關於獲取組織的行政合約流程
**Joanna Burdette（座長）**：如果其他研究者想向您索取組織，需要準備 IRB 還是只需要 MTA？
**Monica M. Laronda 博士**：只需要與我們簽署**材料轉移協定（MTA）**即可。
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#### Q10：關於全女性生殖道其他器官（子宮與輸卵管）的應用研究
**ID（東京大學）**：您提到資料庫也採集了子宮與輸卵管，請問目前有哪些具體的合作研究計畫？
**Monica M. Laronda 博士**：我們的合作夥伴正利用這些組織進行突破性研究：
* **子宮（Uterus / Endometrium）**：塔夫茨大學的 Juan Gnecco 與西北大學的 Julie Kim 正在利用子宮與子宮內膜組織建立體外生理與疾病模型。
* **輸卵管（Fallopian tubes）**：史丹佛大學 Sarah Heilshorn 團隊的博士後研究員，利用我們冷凍提供的輸卵管組織建立**類器官系統（organoid systems）**，用於模擬輸卵管相關疾病模型。