每28天排出一个卵的芯片,将给生殖健康研究带来怎样的变革?-观察-生物探索
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每28天排出一个卵的芯片,将给生殖健康研究带来怎样的变革?

2017/05/03 来源:Nature自然科研
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导读
研究人员在实验室中创建了子宫和子宫颈等器官的模型。

原文以Mini reproductive system on a chip mimics human menstrual cycle为标题

发布在2017年3月28日的《自然》新闻上

原文作者:Sara Reardon

研究人员在实验室中创建了子宫和子宫颈等器官的模型。

为了研究人类生殖,科学家在实验室中建立了一个女性生殖系统的基本模型。每28天,培养在小型塑料芯片上的“卵巢”就会释放一个卵子,开始生产激素准备妊娠。这些激素经模拟输卵管的微小管道被输送到由人体组织制成的类子宫腔室。

这一系统发表于3月28日的《自然-通讯》,是近期问世的一系列器官芯片中最新的一个。器官芯片是一种植入了人体组织和细胞的微型装置,这些组织和细胞经过了改造,以模拟生物功能。


随着人工女性生殖系统的问世,人类器官系统芯片不再只是想象。

研究人员希望这种合成的生殖系统能为宫颈癌等疾病的研究另辟蹊径,并成为新的避孕药和生育治疗方法投入使用前的测试平台。文章的共同作者,美国西北大学的生殖学家Teresa Woodruff 表示,没有合适的动物模型能模拟人类28天的生殖周期,这一人造系统满足了“一个紧迫的需求”。

万事俱备

Woodruff和同事将这一系统命名为Evatar——Eve(夏娃)和avatar(化身)的合称。它包括五个由携带激素、细胞信号分子和药物的血液状液体所连结的“器官”。输卵管、子宫和宫颈用得自子宫切除术的女性人体组织制成。但由于健康的人类卵巢很少会被切除,Evatar中的卵巢来自小鼠组织。第五个器官是用来代谢药物的“肝脏”,来自人体组织。

为了启动生殖周期,研究人员向Evatar系统中加入了促卵泡激素,促使小鼠卵巢产生雌激素。14天后,研究人员加入了促黄体素,刺激卵巢释放卵子,开始产生孕激素。


Evatar只有手掌大小。Northwestern Medicine

卵子停留在卵巢腔内, 但另一个由人体输卵管组织制成的腔室却出现了卵子通过输卵管时的行为。(就像在女性体内一样,这个模型中的输卵管组织包含一种名叫纤毛的毛状结构,纤毛来回摆动将卵子输送至子宫)。分别由人体子宫和宫颈组织制成的第三和第四个腔室随后开始产生激素受体。研究人员将Evatar连接到了人体肝脏芯片上,用以代谢测试的药物。

建立连结

美国范德堡大学的生理学家John Wikswo说:“我认为这是一项非常重要、杰出的工作。”他领导着一项旨在将10个以上的器官系统连接在一起,形成完整人体芯片的研究。他说,Evatar系统中的模拟器官只有在适量的流体携带有适量的信号因子和激素时才能正常运作,而且每个器官都有作用。

美国俄勒冈健康与科学大学的生殖科学家Jon Hennebold表示,这一新系统的主要优点是使得研究人员能够快速同时筛选几种药物,测试它们的毒性和对生殖系统的影响。但他表示,即使是一套整合的器官芯片也不能完全取代动物或临床研究,因为研究者并不知道哪些器官在疾病或药物治疗中是相关的。

Woodruff表示,她的实验室正计划在Evatar系统接种卵巢癌等疾病的患者的人体细胞,或用导致宫颈癌的人乳头状瘤病毒感染Evatar系统,以研究各种疾病。

另外,她的团队还在开发一个名为Adatar的男性生殖系统,以及一个名为DudeKube的睾丸-前列腺系统。研究人员计划最终将这些系统与另外10个器官连接起来,包括产生信号类固醇和激素的大脑芯片,以及复杂程度惊人的人体脂肪芯片;它能对代谢、免疫系统和生殖周期产生影响。

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