三维磁性生物打印球体作为体外模型研究输卵管生理学的创新应用

这篇研究通过磁性生物打印系统（m3DB）开发了输卵管磁球体（OMS）模型，成功模拟了输卵管组织的上皮-基质细胞共培养体系（BOEC/BOSC），实现了长达21天的稳定培养，并再现了纤毛形成（acTUB+）和分泌标记物（OVGP1）表达等生理特征。该模型为研究输卵管生理、激素响应及辅助生殖技术提供了新型工具。

　　

引言

早期胚胎死亡率高达40%，其中23%发生在输卵管内的胚胎发育阶段。由于体内研究输卵管存在采样困难和高成本等问题，开发体外模型成为迫切需求。传统二维（2D）培养系统存在细胞去分化缺陷，而三维（3D）培养能更好模拟组织复杂性。本研究首次将磁性3D生物打印系统（m3DB）应用于健康输卵管细胞，构建了输卵管磁球体（OMS）模型。

结果与讨论

实验I：球体细胞数量优化

通过评估50,000至5,000细胞/球体的形成效率，发现10,000细胞球体（70%BOEC/30%BOSC）在48小时内无坏死核心，且基质细胞（BOSC）显著提升球体紧实度（p<0.01）。但单纯上皮细胞（BOEC-only）无法形成稳定结构，提示基质细胞对细胞-细胞外基质（ECM）相互作用的必要性。

实验II：细胞磁化方法比较

离心磁化法较过夜孵育法更高效，使BOEC/BOSC球体紧实度提升至95%（p<0.0001）。纳米穿梭粒子（NS）通过静电作用附着细胞膜，其金-氧化铁-聚赖氨酸复合物结构（<50 nm）被证实无细胞毒性。

实验III：细胞接种策略

两步法（BOSC提前24小时接种）较一步法形成更早的中央致密区（Day 1），免疫染色显示该区域以vimentin⁺基质细胞为主，而cytokeratin⁺上皮细胞分布于外围，模拟了体内输卵管单层上皮-基质分层结构。

实验IV：ECM补充优化

添加1% Geltrex（基底膜基质）使球体紧实度达98%，且坏死率低于2%（Day 7）。浓度超过2%会导致50%细胞死亡，而ECM的暂时性补充（72小时）足以支持后续无支架培养。

实验V：长期培养稳定性

OMS在21天内保持结构稳定（面积0.8±0.1 mm²），坏死率始终低于5%。Toluidine blue染色证实其糖胺聚糖分布与天然组织相似，但Day 28出现衰老相关坏死率上升。

实验VI-VII：组织特征再现

Day 7的OMS呈现明确极性：上皮细胞顶端（acTUB⁺纤毛和OVGP1⁺分泌颗粒）朝向培养基，与天然输卵管一致。值得注意的是，OVGP1表达在黄体期来源细胞中受孕酮（P4）抑制（p<0.01），而在周期模拟实验中，撤除激素后表达反弹（Day 14）。

实验VIII：激素响应机制

虽然P4处理（100 ng/mL）下调了FOXJ1（纤毛生成标记）和ESR1（雌激素受体）mRNA（p<0.05），但雌激素（E2, 300 pg/mL）未能完全逆转此效应，提示可能需要LH峰等协同信号。EGFR和E2F1基因表达持续上升，反映球体内持续增殖活性。

结论

OMS模型突破性地整合了：

1. 1.

   双细胞共培养：直接接触的BOEC/BOSC再现基质-上皮对话；

2. 2.

   极性重建：顶端朝外的上皮层允许直接分泌物质采集；

3. 3.

   操作优势：磁力操控避免复杂微流控设备需求。

   尽管激素响应需进一步优化，该模型为研究输卵管微环境对配子成熟、胚胎发育的影响提供了新平台，未来可拓展至基因编辑细胞或病理模型构建。

（注：全文数据均来自原文实验，未添加主观推断）