體外模擬女性全生殖系統周期的微流體系統——EVATAR

在一項研究中，科學家將女性生殖道的組織及外周器官整合到一個動態的微流體培養系統中，用來模擬女性的生理周期與懷孕過程，為研究在不同生育階段影響女性的疾病提供了工具。這項研究開闢了一套全新的體外組織培養方法，有望加快生物與藥理學領域研究的步伐。

撰文 Celia Henry Arnaud

翻譯 峰子

審校 柳寒石

在體外由細胞培養出組織已經相當困難，就更不用說多種類型的組織共同培養，使它們建立聯繫並存活數周了。來自美國西北大學的 TeresaK. Woodruff 團隊與來自麻省理工學院 Charles Stark Draper 實驗室的工程師們合作開發了人體生殖道的微流體模型。該模型可重現女性28天生理周期的激素情況，為研究在不同生育階段影響女性的疾病提供了工具。

研究人員將這個微流體系統稱為 Evatar，它包括以下幾個模塊：卵巢、輸卵管、子宮、子宮頸及肝臟組織。

包含五個模塊的微流體系統的液體循環圖。AC:受體模塊;DC:供體模塊;T:組織模塊。

圖片來源：論文原文

憑藉這些通道，組織間還可以通過激素傳遞化學信號。為啟動循環，研究人員向循環液中加入卵泡刺激素。隨後卵巢模塊通過產生雌激素來響應此循環。在生理周期的中間點，即第14天，研究人員向循環液中加入黃體生成素，引發排卵，並導致「卵巢」停止產生雌激素並開始生成孕激素。其他組織對卵巢激素的反應同人體內的正常生理反應幾乎相同。

通過此系統，研究人員可在生理周期後期模擬兩種可能的情況。第一種是在沒有「懷孕」的情況下，孕激素水平下降，進而導致女性子宮內膜的脫落。第二種情況是妊娠狀態。為了模擬這種情況，研究人員在系統中添加了催乳激素來維持已升高的孕激素水平。

起初，研究人員並不確定他們可以使系統維持一個完整的28天生理周期。Woodruff說：「我們真的是在挑戰我們的工程師，讓他們設計製作出一個像生殖系統那樣可以發生動態變化的系統」。

負責開發該系統的是賓夕法尼亞大學的生物工程教授Donguen（Dan）Huh，他說：「這種集成的微流體模型是一項卓越的工程壯舉，它提供了一系列新功能，代表了生殖生物學常用傳統體外技術取得的一項重大進步。尤其令人印象深刻的是，系統以模塊化和可重構的方式可以在一段連續且較長的時間裡實現多種類型女性生殖組織的共同培養。」

西北大學的團隊計劃研究影響育齡女性的各種疾病，如子宮肌瘤和子宮內膜異位症。此外，他們還獲得了蓋茨基金會的資助，去尋找新的避孕方式，例如阻止排卵。他們的最終目標是利用病人的多能幹細胞培養自體組織，從而使個體可以擁有自己的個性化醫療系統。

研究人員並不打算止步於女性生殖系統的研究，也不打算僅限於研究生殖健康。一方面，他們正在用取自諸如睾丸和前列腺等器官的組織建立類似的男性生殖系統模型；另一方面，他們計劃在生殖系統的基礎上加入包括心臟組織、肌肉組織、脂肪組織、腎上腺組織及海馬組織在內的其它各模塊。Woodruff說：「人們有時認為生殖系統僅僅對於生育是重要的，但生殖系統分泌的激素可以循環到整個生物體，該設備使生物學家能夠在周期性激素的水平上研究其他系統。」

總體來說，這項工作表明，女性生殖道的組織及外周器官可以整合到一個動態的微流體培養系統 EVATAR 中。這種強大的工具允許器官與器官整合荷爾蒙信號，模擬女性的生理周期和懷孕過程。除女性生殖系統外，該系統還可以用於模擬其它很多種組織與組織間相互聯繫的組合。該研究開闢了一套全新的體外組織培養方法，有望提高生物與藥理學領域研究的速度和質量。

主要來源：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

論文基本信息

【題目】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.

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