在一项研究中，科学家将女性生殖道的组织及外周器官整合到一个动态的微流体培养系统中，用来模拟女性的生理周期与怀孕过程，为研究在不同生育阶段影响女性的疾病提供了工具。这项研究开辟了一套全新的体外组织培养方法，有望加快生物与药理学领域研究的步伐。
撰文 Celia Henry Arnaud
翻译 峰子
审校 柳寒石
在体外由细胞培养出组织已经相当困难，就更不用说多种类型的组织共同培养，使它们建立联系并存活数周了。来自美国西北大学的 TeresaK. Woodruff 团队与来自麻省理工学院 Charles Stark Draper 实验室的工程师们合作开发了人体生殖道的微流体模型。
该模型可重现女性28天生理周期的激素情况，为研究在不同生育阶段影响女性的疾病提供了工具。
研究人员将这个微流体系统称为 Evatar，它包括以下几个模块：卵巢、输卵管、子宫、子宫颈及肝脏组织。
包含五个模块的微流体系统的液体循环图。AC:受体模块;DC:供体模块;T:组织模块。
图片来源：论文原文
凭借这些通道，组织间还可以通过激素传递化学信号。为启动循环，研究人员向循环液中加入卵泡刺激素。随后卵巢模块通过产生雌激素来响应此循环。在生理周期的中间点，即第14天，研究人员向循环液中加入黄体生成素，引发排卵，并导致“卵巢”停止产生雌激素并开始生成孕激素。其他组织对卵巢激素的反应同人体内的正常生理反应几乎相同。
通过此系统，研究人员可在生理周期后期模拟两种可能的情况。第一种是在没有“怀孕”的情况下，孕激素水平下降，进而导致女性子宫内膜的脱落。第二种情况是妊娠状态。为了模拟这种情况，研究人员在系统中添加了催乳激素来维持已升高的孕激素水平。
起初，研究人员并不确定他们可以使系统维持一个完整的28天生理周期。Woodruff说：“我们真的是在挑战我们的工程师，让他们设计制作出一个像生殖系统那样可以发生动态变化的系统”。
负责开发该系统的是宾夕法尼亚大学的生物工程教授Donguen（Dan）Huh，他说：“这种集成的微流体模型是一项卓越的工程壮举，它提供了一系列新功能，代表了生殖生物学常用传统体外技术取得的一项重大进步。
尤其令人印象深刻的是，系统以模块化和可重构的方式可以在一段连续且较长的时间里实现多种类型女性生殖组织的共同培养。
”
西北大学的团队计划研究影响育龄女性的各种疾病，如子宫肌瘤和子宫内膜异位症。此外，他们还获得了盖茨基金会的资助，去寻找新的避孕方式，例如阻止排卵。他们的最终目标是利用病人的多能干细胞培养自体组织，从而使个体可以拥有自己的个性化医疗系统。
研究人员并不打算止步于女性生殖系统的研究，也不打算仅限于研究生殖健康。一方面，他们正在用取自诸如睾丸和前列腺等器官的组织建立类似的男性生殖系统模型；另一方面，他们计划在生殖系统的基础上加入包括心脏组织、肌肉组织、脂肪组织、肾上腺组织及海马组织在内的其它各模块。Woodruff说：“人们有时认为生殖系统仅仅对于生育是重要的，但生殖系统分泌的激素可以循环到整个生物体，该设备使生物学家能够在周期性激素的水平上研究其他系统。”
总体来说，这项工作表明，女性生殖道的组织及外周器官可以整合到一个动态的微流体培养系统 EVATAR 中。
这种强大的工具允许器官与器官整合荷尔蒙信号，模拟女性的生理周期和怀孕过程。除女性生殖系统外，该系统还可以用于模拟其它很多种组织与组织间相互联系的组合。该研究开辟了一套全新的体外组织培养方法，有望提高生物与药理学领域研究的速度和质量。
主要来源：Chemical& Engineering News
http://cen.acs.org/articles/95/i14/Microfluidic-system-mimics-28-day.html?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+cen_latestnews+%28Chemical+%26+Engineering+News%3A+Latest+News%29
论文基本信息
【题目】Amicrofluidic culture model of the human reproductive tract and 28-day menstrualcycle
【作者】ShuoXiao, Jonathan R. Coppeta, Hunter B. Rogers,et.al.
【刊期】
Nature Communications
【日期】28March 2017
【DOI】10.1038/ncomms14584
【摘要】Theendocrine system dynamically controls tissue differentiation and homeostasis,but has not been studied using dynamic tissue culture paradigms. Here we showthat a microfluidic system supports murine ovarian follicles to produce thehuman 28-day menstrual cycle hormone profile, which controls human femalereproductive tract and peripheral tissue dynamics in single, dual and multipleunit microfluidic platforms (Solo-MFP, Duet-MFP and Quintet-MPF, respectively).These systems simulate the in vivo female reproductive tract and the endocrineloops between organ modules for the ovary, fallopian tube, uterus, cervix andliver, with a sustained circulating flow between all tissues. The reproductivetract tissues and peripheral organs integrated into a microfluidic platform,termed EVATAR, represents a powerful new in vitro tool that allows organ–organintegration of hormonal signalling as a phenocopy of menstrual cycle andpregnancy-like endocrine loops and has great potential to be used in drugdiscovery and toxicology studies.
【原文链接】http://www.nature.com/articles/ncomms14584#f1
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