“芯片上的月经周期”为女性生理学提供新视角

女性的神秘之处不仅仅是比喻性的，它还延伸到女性的生殖解剖结构。几十年来，女性被排除在研究之外，导致关于女性生理学的资料匮乏，这种情况才刚刚开始得到填补。一些见解来自在标准培养皿中生长的组织研究，但这些研究仍然无法代表女性月经周期的复杂性。

现在，在生物工程领域，研究人员首次创建了一个完整的女性生殖道微型实验室模型，并配有激素信号传导。这种3D“芯片上的器官”系统可能会提高我们对复发性流产原因的理解，并为避孕和其他药物开发的新研究提供动力。这项工作也可能推动医学走向未来，届时生育专家只需培养一个单独女性的细胞样本，将其放入这个芯片系统中，即可确定最佳治疗方案。

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为了模拟女性生殖系统，由西北大学的特蕾莎·伍德拉夫领导的一个研究小组从五个器官中提取了实验室培养的人类和老鼠细胞，并在一个相互连接的立方体网络中培养它们。这些立方体通过允许血液和激素流动的管道供养，模拟液体在全身的流动。阀门和泵还控制着单元的压力和气流。这种环境使得通常在培养皿中会因自身细胞废物而窒息死亡的细胞，能够在标准的 28 天生殖周期内存活下来。

在研究人员通过注射垂体激素启动该系统的激素通讯后，细胞分泌了典型月经周期中发现的雌激素和孕酮水平，以及女性生殖器官之间发生的信号传导。该团队还能够模拟排卵期间的激素水平以及妊娠早期阶段，从而创建了一种可能有助于深入了解如何维持成功妊娠的工具。这些成果今天在《自然通讯》杂志上发表。伍德拉夫说：“这不仅代表了细胞培养技术的革命，而且也是对生殖道和疾病研究的演变。”

芯片上的月经周期系统包括小鼠卵巢细胞，以及来自子宫切除术获得的人体输卵管、子宫内膜和宫颈细胞。（人体卵巢细胞不可用，但小鼠卵巢细胞产生相同的激素。）该系统还包括人体肝细胞，因为该器官会分解许多药物。这项工作建立在麻省理工学院的琳达·格里菲斯及其同事在国防高级研究计划局资助下开发的“芯片上的肝脏”的早期工作基础上。月经芯片研究团队在许多其他团队的技术基础上进行了重大扩展，从而产生了用于模拟生殖周期的当前设计。

新的芯片系统远非女性解剖结构的完美替代品：“目前，芯片上的器官无法解释诸如可能影响未来生殖健康的早期[有毒]暴露之类的因素，”范德比尔特大学医学院妇产科教授凯文·奥斯汀说，他没有参与这项研究，但正在研究其他生殖芯片模型。新的芯片系统也不包括支持妊娠的关键因素胎盘，也没有考虑病毒感染引起的炎症如何影响生殖器官。尽管如此，伍德拉夫说，她的系统为研究各种疾病开辟了可能性，例如宫颈疾病，这些疾病无法在小鼠身上建模，因为它们宫颈细胞与人类完全不同。她补充说：“这个系统将使我们能够以过去无法做到的方式研究该器官的感染。”