科学家们在巴掌大的生物芯片上，重现了女性生理周期

美国国立卫生研究院在这几年资助了一项庞大的项目——在生物芯片上重塑人体。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在生物芯片上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。

▲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。

▲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。

▲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。

▲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。

参考资料

[1] A microfluidic culture model of the human reproductive tract and 28-day menstrual cycle

[2] Mini reproductive system on a chip mimics human menstrual cycle

[3] This working model of the female reproductive system can fit in the palm of your hand