Abstract The endocrine system dynamically controls tissue differentiation and homeostasis, but has not been studied using dynamic tissue culture paradigms. Here we show that a microfluidic system supports murine ovarian follicles to produce the human 28-day menstrual cycle hormone profile, which controls human female reproductive tract and peripheral tissue dynamics in single, dual and multiple unit microfluidic platforms (Solo-MFP, Duet-MFP and Quintet-MPF, respectively). These systems simulate the in vivo female reproductive tract and the endocrine loops between organ modules for the ovary, fallopian tube, uterus, cervix and liver, with a sustained circulating flow between all tissues. The reproductive tract tissues and peripheral organs integrated into a microfluidic platform, termed EVATAR, represents a powerful new in vitro tool that allows organ–organ integration of hormonal signalling as a phenocopy of menstrual cycle and pregnancy-like endocrine loops and has great potential to be used in drug discovery and toxicology studies.

Abstract Polycystic ovary syndrome (PCOS) is a common, highly heritable complex disorder of unknown aetiology characterized by hyperandrogenism, chronic anovulation and defects in glucose homeostasis. Increased luteinizing hormone relative to follicle-stimulating hormone secretion, insulin resistance and developmental exposure to androgens are hypothesized to play a causal role in PCOS. Here we map common genetic susceptibility loci in European ancestry women for the National Institutes of Health PCOS phenotype, which confers the highest risk for metabolic morbidities, as well as reproductive hormone levels. Three loci reach genome-wide significance in the case–control meta-analysis, two novel loci mapping to chr 8p23.1 and chr 11p14.1, and a chr 9q22.32 locus previously found in Chinese PCOS. The same chr 11p14.1 SNP, rs11031006, in the region of the follicle-stimulating hormone B polypeptide ( FSHB ) gene strongly associates with PCOS diagnosis and luteinizing hormone levels. These findings implicate neuroendocrine changes in disease pathogenesis.

Previous results have shown that the pattern of GnRH pulses (amplitude and frequency) can differentially regulate expression of gonadotropin subunit cytoplasmic messenger RNA (mRNA) concentrations. The present study examined the effect of GnRH pulses on a, LH-β and FSH-β transcription rates as determined by nuclear runoff transcription assay. GnRH pulses (saline to controls) were given to castrate, testosteronereplaced male rats, and the rate of subunit gene transcription was measured in isolated pituitary nuclei. The effect of GnRH treatment duration was examined by giving GnRH pulses (25 ng/pulse at 30-min intervals) for 1, 4, or 24 h. The basal transcription rates [expressed as parts per million (ppm)] were 82 ± 25 for α; 39 ± 19 for LH-β and 27 ± 6 ppm for FSH-β, and transcription rates of all 3 subunits were elevated at 1 h (3–5-fold vs. saline controls). After 4 h of GnRH pulses, α and FSH-β transcription rates were reduced vs. 1 h, but LH-β mRNA synthesis rate was maintained. At 24 h, the α transcription rate was still increased (66%), but LH-β and FSH-β transcription rates had fallen to basal levels despite the continuing pulsatile GnRH stimulus. The second experiment investigated the effect of the duration of GnRH pulses (25 ng/pulse, every 30 min for 4 h or 24 h), on cytoplasmic subunit mRNA concentrations to assess if the initial 4-h increase in transcription rate would induce a rise in cytoplasmic mRNAs. After 4 h of GnRH pulses, a and LH-β mRNAs were unchanged, but FSH-β mRNA had increased by 36% (P < 0.05) compared to controls. All 3 subunit mRNAs were increased (- 2-fold) by 24 h of GnRH pulses. Administering GnRH pulses for 4 h followed by 20 h of saline pulses did not incresae α mRNA; LH-β was slightly increased (P < 0.05), but FSH-β mRNA concentrations were similar to levels seen after 24 h of continued GnRH pulses. The third experiment examined the effects of a continuous GnRH infusion and different GnRH pulse frequencies on gonadotropin subunit transcription rates. GnRH (25 ng/pulse) was given at intervals of 8, 30, or 120 min for 4 h (saline to controls). The continuous GnRH infusion (200 ng/h) did not increase the transcription rate of any of the three subunit mRNAs. α-subunit transcription rate was increased 2.7- or 4-fold by GnRH pulses given every 8 or 30 min, respectively. LH-β mRNA synthesis was only increased (3-fold) by 30-min GnRH pulses.In contrast, FSH-β transcription was elevated (2-fold) by 120-min pulses. These results show that GnRH stimulates gonadotropin subunit gene transcription, and a pulsatile signal is required for GnRH to be effective. The duration of β-subunit transcription appears to be limited in the model used. Neither LH nor FSH-β transcription was increased at 24 h despite the continuation of a pulsatile GnRH stimulus. The frequency of the pulsatile GnRH stimulus can selectively regulate gonadotropin subunit gene transcription with faster frequencies increasing a and LH-β and slower pulses FSH-β. This suggests that alterations in GnRH pulse frequency may be one mechanism involved in enabling a single GnRH to produce both the coordinate and divergent increases in gonadotropin subunit gene expression that occur in normal physiology. (Endocrinology128: 509–517,1991)

The standard therapy for women with unexplained infertility is gonadotropin or clomiphene citrate. Ovarian stimulation with letrozole has been proposed to reduce multiple gestations while maintaining live birth rates.We enrolled couples with unexplained infertility in a multicenter, randomized trial. Ovulatory women 18 to 40 years of age with at least one patent fallopian tube were randomly assigned to ovarian stimulation (up to four cycles) with gonadotropin (301 women), clomiphene (300), or letrozole (299). The primary outcome was the rate of multiple gestations among women with clinical pregnancies.After treatment with gonadotropin, clomiphene, or letrozole, clinical pregnancies occurred in 35.5%, 28.3%, and 22.4% of cycles, and live birth in 32.2%, 23.3%, and 18.7%, respectively; pregnancy rates with letrozole were significantly lower than the rates with standard therapy (gonadotropin or clomiphene) (P=0.003) or gonadotropin alone (P<0.001) but not with clomiphene alone (P=0.10). Among ongoing pregnancies with fetal heart activity, the multiple gestation rate with letrozole (9 of 67 pregnancies, 13%) did not differ significantly from the rate with gonadotropin or clomiphene (42 of 192, 22%; P=0.15) or clomiphene alone (8 of 85, 9%; P=0.44) but was lower than the rate with gonadotropin alone (34 of 107, 32%; P=0.006). All multiple gestations in the clomiphene and letrozole groups were twins, whereas gonadotropin treatment resulted in 24 twin and 10 triplet gestations. There were no significant differences among groups in the frequencies of congenital anomalies or major fetal and neonatal complications.In women with unexplained infertility, ovarian stimulation with letrozole resulted in a significantly lower frequency of multiple gestation but also a lower frequency of live birth, as compared with gonadotropin but not as compared with clomiphene. (Funded by the National Institutes of Health and others; ClinicalTrials.gov number, NCT01044862.).