每一個人類生命的開始都源於一個風險高且脆弱的事件——微觀胚胎在子宮內尋找安置的地方。如果這個過程失敗，無論胚胎看起來多麼健康，懷孕都不會開始。數十年來，科學家們一直在努力研究這一時刻，但由於倫理限制及早期懷孕組織的獲取困難，使得此研究面臨挑戰。如今，中國的一組研究人員克服了這一障礙，成功製作出一種微型子宮芯片，忠實再現了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植入和早期植入後發展的關鍵事件。
這一突破為理解不孕症、提高試管嬰兒(IVF)成功率及測試治療方法提供了新的途徑。胚胎植入的過程幾乎無法直接研究。胚胎植入在受精後幾天內發生，當一個五至六天大的胚胎到達子宮時，必須完成三個緊密控制的步驟。首先，胚胎輕觸子宮內膜，然後固定在上面，最後深入內部，建立支持懷孕的聯繫。直接在人類中研究這些步驟非常困難，因為倫理規定限制了對自然胚胎的實驗，而早期懷孕的組織通常僅能通過少數醫療程序（如子宮切除手術）獲得。
現有的實驗室模型，包括平面細胞培養和子宮內膜器官類似物，只能捕捉過程的片段，無法反映胚胎與子宮之間複雜的三維互動。因此，許多植入失敗的情況，特別是在試管嬰兒中，仍然難以理解。為了解決這一問題，中國科學院的研究人員設計了一種三維的人類子宮內膜模型，這種組織覆蓋在子宮內壁上。
他們首先將人類子宮內膜細胞嵌入類膠層中，讓細胞生長並自我組織成與真實子宮組織相似的結構。這種工程組織被稱為內膜樣組織，並置於微流控芯片內，這是一種可以控制液體和營養物質運動的小型裝置。芯片環境使得這種組織的行為更接近於體內情況，而不是在傳統的培養皿中。更重要的是，用於製作模型的子宮內膜細胞可以通過單次活檢獲得，該系統也兼容從月經血中非侵入性收集的細胞。
當人工子宮內膜準備好後，研究團隊將兩種胚胎引入芯片中。一種是真實的人類囊胚，包含約 100 至 200 顆快速分裂的細胞，另一種是由幹細胞製成的囊胚，這些結構與自然囊胚相似，且可以大量製造，具有一致的遺傳特性。在芯片內，無論是真實囊胚還是實驗室製造的囊胚，都經歷了完整的植入序列。他們首先與子宮表面接觸，然後通過分子信號形成穩定的附著，最終積極侵入組織，嵌入其中，正如早期懷孕中的情況。
這種細節在以往的二維模型中無法實現。研究作者表示：「我們的芯片內三維內膜樣植入模型提供了一個簡化的平台，捕捉了植入的所有主要階段——接觸、附著和侵入，以及早期的植入後發展。」當研究人員使用來自被診斷為反復植入失敗的女性的細胞建立子宮芯片時，胚胎的植入能力顯著下降。這與現實中的臨床結果相符，證實該模型能夠捕捉到患者特定的差異。
該團隊隨後利用這一平台篩選了超過 1,000 種 FDA 批准的藥物，並找到了能改善植入表現的化合物，顯示了這一芯片作為藥物測試工具的價值。隨著不孕症影響到全球約每六名成年人中的一人，理解為何胚胎無法植入成為醫學的重要優先事項。這種子宮芯片方法提供了一種安全、合乎倫理且高度受控的環境來研究植入，可能幫助醫生識別試管嬰兒在某些患者中失敗的原因，並根據個體子宮反應調整治療方案，而不是盲目試驗。
然而，這一方法仍然存在一些局限性。它尚未包含血管或免疫細胞，而這兩者在重塑子宮和支持增長的胎盤方面扮演著關鍵角色。希望研究人員在未來的研究中能納入這些缺失的元素，使模型更接近真實的人類生物學。該研究已發表在《Cell》期刊上。
