麻省理工學院（MIT）的科學家們通過開發(fā)一種仿生組織的合成細胞外基質（ECM），為人類子宮內膜細胞構建了一個三維子宮內膜微環(huán)境。這個模型模擬了人類月經(jīng)周期的關鍵方面，引入了一個合成平臺，用于在受控、長期和可調環(huán)境中研究細胞間和細胞-基質的通訊，有助于理解調控人類月經(jīng)健康與疾病機制。

這項名為“在完全合成的細胞外基質中共培養(yǎng)周期性人類子宮內膜的器官樣共培養(yǎng)模型，實現(xiàn)了上皮-基質交流的研究”的研究成果已發(fā)表在Cell Press的期刊Med上。

三維子宮內膜微環(huán)境的組織工程

在子宮內膜中，性激素推動組織迅速生長和成熟，同時細胞與分子上和機械上與生殖功能相關聯(lián)的細胞外基質（ECM）發(fā)生同樣動態(tài)的變化。這是再生生物學的一個驚人示例。這些卓越的再生特性也在常見的嚴重疾病如子宮內膜異位癥中發(fā)揮作用，因此迫切需要新的治療方法。

間質細胞和上皮細胞在調解人類月經(jīng)周期的性激素信號中發(fā)揮了重要作用。然而，缺乏允許對它們進行研究的模型一直以來阻礙了這個領域的發(fā)展。在這項研究中，MIT的研究人員合成了一種新型的細胞外基質（ECM），以實現(xiàn)間質細胞和子宮內膜上皮器官樣體外培養(yǎng)的平行研究。

共同主要作者胡安·涅科（Juan Gnecco）博士，現(xiàn)在是塔夫茨大學生物醫(yī)學工程系的助理教授，以及亞歷山大·布朗（Alexander Brown）博士通過分析基質組成和月經(jīng)周期依賴性子宮內膜整合素表達，尋找潛在的細胞-基質相互作用線索，以將其納入用于與金屬蛋白酶基質降解酶易裂脆肽交聯(lián)的聚乙二醇（PEG）基水凝膠中。然后，他們研究了子宮內膜的生物物理和分子特性，以找出哪種混合物適用于上皮器官樣體外培養(yǎng)、間質細胞培養(yǎng)以及兩種細胞類型的共培養(yǎng)的激素驅動生長和分化。當共同封裝在與天然組織類似硬度的水凝膠中，并且功能化了兩種肽，即膠原蛋白衍生的粘附肽（GFOGER）和纖維連接蛋白衍生的肽（PHSRN-K-RGD），每種細胞類型都對激素變化顯示出特征性的形態(tài)和分子響應。

作為概念驗證，他們隨后使用這個模型展示了在共培養(yǎng)中，上皮細胞對激素的依賴行為與單一培養(yǎng)中的不同。例如，他們發(fā)現(xiàn)促炎因子IL1B似乎會推動子宮內膜共培養(yǎng)進入一種模仿子宮內膜異位癥等疾病癥狀的狀態(tài)。

聚乙二醇（PEG）合成細胞外基質的優(yōu)勢

這個模型使得可能在患者源性子宮內膜細胞的長期培養(yǎng)中研究子宮內膜上皮-間質的分子和表型效應。通過定義一個完全合成的細胞外基質水凝膠，以替代Matrigel用于器官樣體外培養(yǎng)，并同時支持間質細胞培養(yǎng)。Matrigel和膠原等天然基質，雖然可以單獨用于共培養(yǎng)，或者進行創(chuàng)造性組合，但包含了許多可能淹沒細胞所產(chǎn)生信號的額外信號分子。這個合成細胞外基質的主要成分PEG，被認為與蛋白質的相互作用相對較少，因此每種細胞類型產(chǎn)生的生長因子、細胞因子和其他分子可以自由地主導細胞間的通訊網(wǎng)絡。根據(jù)設計，合成細胞外基質只有少量生物信號：兩個整合素配體、兩個ECM結合蛋白和一個肽交聯(lián)劑。

雖然這只是描述合成細胞外基質的第一步，但它可能比沒有細胞外基質的共培養(yǎng)模型更適合模仿和研究子宮內膜疾病的某些方面。

編輯：王洪

排版：李麗