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科学家们在巴掌大的芯片上模拟女性生理周期

美国国立卫生研究院在这几年资助了一项庞大的项目——在微流控芯片上重塑人体。它旨在体外培养起人体组织与器官,便于科学家以前所未有的精度研究它们的功能。今日,这个庞大的项目又迎来了一项新的突破:来自西北大

学的研究团队多种不同组织联结形成的平台上(器官芯片)造出了女性的生殖系统。在激素的作用下,它能以28天为周期进行排卵。该研究也发表在了《Nature Communications》上。


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本项研究的主要负责人,西北大学的Teresa Woodruff教授(图片来源:西北大学)


“这是首个在芯片上重现的月经周期”,该研究的主要负责人,美国西北大学(Northwestern University)医学院妇产科的Teresa Woodruff教授说道。长久以来,科学家们就想在体外建造人类生殖系统的模型,以研究避孕方法、辅助生殖技术、甚至是宫颈癌治疗。然而,目前学界缺乏能够正常模拟人类28天生理周期的动物模型。因此,这个系统有望满足研究人员巨大的需求。


Woodruff教授将这个系统命名为EVATAR,是夏娃(Eva)与化身(avatar)两个词的组合。这套系统包含卵巢、输卵管、子宫和宫颈不同的“器官”。由于卵巢组织极难从健康女性体内获得,研究人员采用了小鼠的组织。其余三大“器官”均来自于人体。此外,研究人员还为这个系统配备了一个来自于人体的“肝脏”,用于代谢这个系统里的药物。


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小小的芯片上,带有5种不同的“器官”(图片来源:STAT)


有了组织与“器官”,研究人员又进一步将它们组合在微流控芯片上。为了让它能获取必须的营养,研究人员为芯片连上了62个能够独立运行的小泵,它们能以微升级输送培养液。这样一来,科学家们就能完美控制这套系统的运作。随后,研究人员开始尝试用这个系统模拟人体的生理周期。首先,他们往系统内添加了促卵泡激素,以驱使小鼠的卵巢分泌雌激素。14天后,研究人员又开始添加黄体生成素,刺激卵巢排卵和制造孕激素。


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这套系统能成功促使卵泡生长和成熟,并进行减数分裂(viii)(图片来源:《Nature Communications》)


由于系统本身的物理限制,排出的卵子依旧停留在生长有卵巢的第一个小格中,但与它相通的第二个小格内,输卵管已经开始运作,就好似有卵子通过它一样。研究人员发现,输卵管中的纤毛开始前后摆动,准备将卵子拨往处于第三个小格的子宫。随后,研究人员注意到,子宫和宫颈都开始生成能够结合激素的受体。这与人体内的表现几乎一模一样。


“这是一项极度重要,做得又很漂亮的工作”,一些科学家评论道。在他们看来,这套系统有望在短期内筛选大量药物,检测它们的毒性与有效性。而医药企业也对这款系统产生了浓厚兴趣。Woodruff教授表示,阿斯利康已经将一些候选药物交给了她,以评估它们在女性生殖系统内的潜力。此外,这款最多可容纳12种器官的芯片也得到了辉瑞的青睐。


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稍经改装,这套系统就能用于其它不同的研究目的(图片来源:Nature官网)


在实验室内,Woodruff教授计划利用EVATAR来研究卵巢癌和宫颈癌。此外,在未来,她还计划打造一款模拟男性生殖系统的Adatar(来自“亚当”与“化身”两个单词的组合)。从长远来看,研究人员打算把这些系统与其他10种在芯片上的器官与组织打造成一个完整的体系,在芯片上模拟人类。这些器官包括了能够分泌信号分子与激素的大脑,影响代谢的脂肪,以及免疫系统。


“它在药物发现与毒理学检验上有巨大的潜力”,研究人员在论文的最后说道。我们相信,这些芯片上的器官将进一步加强人类对自身的认识,并让许多无法在人体中开展的实验得以顺利进行,并用新产生的知识,造福人类。


文章来源:生物谷



标签:   微流控芯片 器官芯片
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