关键词:EVATAR,微流体,月经周期
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撰文:龚聪
西北大学开发的微流体系统
来源:西北大学
人类女性的生殖系统主要由卵巢、输卵管、子宫和宫颈组成,每个器官既有独立的生理功能,同时也跟其它器官组织通过激素调节紧密联系。正是由于它们之间复杂而精密的配合关系,让针对女性生殖系统的毒理学研究变得异常困难。
研究人员想到的方法是在体外培养哺乳动物的细胞,并且这一方法在过去50年间基本没有发生变化。可问题是,脱离了立体组织结构,独立出来的细胞缺少原有的理化环境,它的功能和作用在体外培养的条件下根本无法完全体现出来。因为体外培育的细胞环境与真实人体环境之间的巨大差异,药物的研发和测试也受到很大影响。与之相对应的是,即使医药行业投入巨资研究新药,每年仅有低于8%的新药被FDA批准,远无法满足众多疾病对有效药物的需求。
近年来,得益于微流体技术的进步,器官芯片、人体芯片和实验室芯片开始蓬勃发展。微流体技术是指控制液体在微米级的孔径通道内流动,并实现微升级的精度控制,为体外药物测试提供了一种全新的方法。
近日,来自西北大学的生殖科学教授Teresa K Woodruff带领一支研究队伍开发出名为EVATAR的微流体系统。EVATAR系统包含5个组织模块,分别用来培养跟生殖系统有关的器官组织:来自小鼠的卵巢、来自人体的输卵管、子宫和宫颈,以及人体肝脏组织。之所以包括肝脏组织,是因为肝脏能合成与甾类激素结合的人类白蛋白,同时能够代谢整个系统产生的激素。另外,EVATAR系统还有一个供给模块和回收模块,用来向系统中添加维持组织模块正常生理功能所需物质,以及测试物质。
包含五个生殖系统组织模块的EVATAR系统
来源:Nature Communications
EVATAR系统跟以往静态培养人体细胞不同的是,每个组织模块内的液体通过微米级的孔径实现自身循环,保持环境的高度均一性。同时,不同组织模块串联起来后,液体在所有组织模块内进行循环,保证营养物质、细胞因子、激素能在整个系统中发挥作用。
EVATAR系统之所以能做到两级循环,离不开它的驱动系统。研究人员使用了62台微型泵,并用电磁感应的方式精确控制每个泵的转动,进而实现整个系统的流体循环。
随后,研究人员尝试在EVATAR系统中模拟人类女性的生理周期。在为期28天的培养周期内,研究人员向其中加入卵泡刺激素和人绒毛膜促性腺激素,以观察各个组织的变化。他们发现,各个组织不仅能够正常生长发育,并且能够进行类似女性月经生理过程。
EVATAR系统对人类女性生殖系统结构和功能的模拟是一项巨大的成就。它将帮助生理学家深入研究女性生殖过程,提出更为科学的健康建议。同时,研究人员可以用这项技术建立更多的体外人体组织系统,研究组织间的相互作用。更有现实指导意义的应用或许来自药物测试,借助体外人体组织模拟系统,药物测试将更加安全、高效。
但这并不意味着EVATAR系统代表着全部的人体器官组织之间的相互联系,人体还有很多不为人知的秘密。不过,这类微流体系统倒是可以帮助研究人员进一步了解人体复杂的生理过程。
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