微流控芯片集成血管化子宫内膜复合体:线粒体功能与旁分泌互作增强再生潜能

时间:2025年9月4日
来源:Bioactive Materials

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为解决子宫内膜损伤导致的不孕难题,浙江大学团队创新性构建了集成上皮类器官(EEOs)、基质细胞(ESCs)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的微流控芯片血管化三重细胞复合体(eCHIP)。研究发现内皮细胞通过分泌BMP6/Galectin-9增强上皮细胞线粒体功能,而WNT7A/WNT5A介导的旁分泌网络促进血管生成,显著提升小鼠模型妊娠率。该研究为子宫内膜修复提供了新型治疗策略和体外研究模型。

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子宫内膜作为胚胎着床的关键部位,其损伤会导致不孕、流产等一系列生殖健康问题。虽然现有的子宫内膜类器官模型在功能重建方面展现出潜力,但普遍缺乏血管网络等关键生理结构,难以模拟真实组织的复杂性。更棘手的是,静态培养系统无法重现子宫内动态流体环境对细胞功能的调控作用。针对这些瓶颈问题,浙江大学医学院附属邵逸夫医院张松英教授团队在《Bioactive Materials》发表创新研究,通过微流控技术构建了具有生理相关性的血管化子宫内膜复合体。

研究采用微流控动态培养系统(eCHIP),将子宫内膜上皮类器官(EEOs)、基质细胞(ESCs)与人脐静脉内皮细胞(HUVECs)共培养于含50%纤维蛋白的复合水凝胶中。关键技术包括:优化水凝胶比例实现三维培养、建立周期性流体灌注系统模拟生理环境、运用单细胞RNA测序(scRNA-seq)解析细胞互作机制,并通过子宫内膜损伤小鼠模型验证治疗效果。

研究结果显示,动态培养的HEO复合体展现出显著优势:通过扫描电镜和免疫荧光证实形成了具有管腔结构的三维血管网络;激素刺激实验显示其能响应雌/孕激素,上调分泌期标志物PAEP和SPP1表达。动物实验证实HEO移植可修复损伤子宫内膜,使妊娠率提升50%。

单细胞测序揭示了关键分子机制:内皮细胞通过BMP6和Galectin-9-CD44轴增强上皮细胞线粒体功能(JC-1膜电位升高,线粒体数量增加),促进增殖;而上皮和基质细胞分别分泌WNT7A和WNT5A,通过FZD4/LRP5受体激活内皮细胞血管生成。功能实验显示,抑制BMP6或Galectin-9会降低上皮细胞增殖,而阻断WNT信号则显著抑制血管网络形成。

该研究的突破性在于:首次在体外构建了具有生理功能的血管化子宫内膜模型,阐明了内皮-上皮-基质细胞的三方互作机制;证实血管化复合体通过双重调控(增强线粒体功能+促进ECM重塑)显著提升再生效率;为子宫内膜损伤治疗提供了新的细胞治疗策略。值得注意的是,研究中发现的BMP6/Galectin-9和WNT信号通路,可能成为未来药物开发的靶点。团队特别指出,该模型未来可通过整合免疫细胞进一步模拟子宫微环境,为研究胚胎着床等生殖过程提供更精准的平台。

这项由Dai Yongdong和Zhao Fanxuan作为共同第一作者完成的研究,不仅解决了类器官血管化的技术难题,更开创了通过旁分泌网络调控组织再生的新思路。其采用的微流控动态培养策略,为其他器官模型的构建提供了重要参考,标志着类器官研究向生理真实性迈出了关键一步。

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