每個人類生命的起始都是一次風險與微妙的事件——一個微小的胚胎尋找合適的位置在子宮內著床。如果這一過程失敗，無論胚胎看起來多麼健康，懷孕都不會開始。數十年來，科學家們因為倫理限制和早期懷孕組織的獲取困難，對這一時刻的研究一直面臨挑戰。如今，中國的一組研究人員打破了這一障礙，製造出一種微型子宮芯片，忠實再現人類胚胎如何附著並深入子宮內膜。研究人員指出，這一系統成功重現了人類著床及早期著床後發展的關鍵事件。
這項進展為理解不孕症、提高試管嬰兒（IVF）成功率以及以往無法實現的治療測試開辟了新途徑。胚胎著床的過程幾乎無法進行研究。胚胎著床發生在受精後的幾天內，當一個五到六天大的胚胎到達子宮時。此時，胚胎必須完成三個緊密控制的步驟。首先，它輕觸子宮內膜，然後牢牢附著，最後深入內部以建立支持懷孕的連接。直接在人類身上研究這些步驟極為困難。倫理規定限制對自然胚胎的實驗，而早期懷孕組織通常僅可通過少數醫療程序（如子宮切除術）獲得。
現有的實驗室模型，包括平面細胞培養和內膜器官類似物，只能捕捉過程的片段，無法展現胚胎與子宮之間複雜的三維互動。因此，許多著床失敗的案例，特別是在試管嬰兒中，仍然缺乏深入理解。為了解決這一問題，中國科學院的研究人員設計了一個三維的人類子宮內膜模型，即覆蓋子宮的組織。
他們首先將人類內膜細胞嵌入到類膠狀的層中，使細胞生長並自行組織成一種與真實子宮組織相似的結構。這種工程化的組織稱為內膜樣物，然後被放置在微流控芯片內——這是一種可以控制液體和營養物質運動的小型設備。芯片環境使得這些組織的行為更接近於體內，而不是在傳統的培養皿中。更重要的是，構建模型所用的內膜細胞可以從單次活檢中獲得，該系統也能與從月經血中非侵入性收集的細胞相兼容。
當人工子宮內膜準備就緒後，研究團隊將兩種類型的胚胎引入芯片。一種是真實的人類囊胚，含有約 100 到 200 個快速分裂的細胞；另一種是由幹細胞製成的囊胚類似物，這些結構與自然囊胚非常相似，且可以以一致的遺傳特性大量生產。在芯片內，這些囊胚和囊胚類似物都經歷了完整的著床過程。它們與子宮表面首次接觸，通過分子信號形成穩定的附著，然後主動侵入組織，正如它們在早期懷孕中那樣深入。這一細節水平在早期的二維模型中未曾實現。
研究人員表示：「我們的芯片內三維內膜基於的著床模型提供了一個簡化的平台，捕捉到著床的所有主要階段——接觸、附著和侵入，以及早期著床後的發展。」當研究人員使用來自被診斷為重複著床失敗的女性的細胞構建子宮芯片時，這些胚胎的著床能力大幅降低，這與現實臨床結果相符，確認該模型能夠捕捉患者特異性的差異。
研究團隊隨後利用這一平台篩選了超過 1,000 種 FDA 批准的藥物，並識別出改善著床表現的化合物，展示了該芯片作為藥物測試工具的價值。由於全球約六分之一的成年人受到不孕症影響，了解為什麼胚胎未能著床成為一個重大的醫療優先事項。這種子宮芯片方法提供了在安全、合乎倫理和高度控制的環境中研究著床的途徑。
這將幫助醫生識別為什麼某些患者的 IVF 失敗，並根據個體的子宮反應量身定制治療，而不是依賴試錯法。然而，這一方法仍然存在局限性。它尚未包括血管或免疫細胞，而這兩者在重塑子宮和支持增長中的胎盤中扮演著至關重要的角色。希望研究人員能在未來的研究中納入這些缺失的元素，使模型更加接近真實的人類生物學。該研究已發表在《Cell》期刊上。
