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胚胎粘附是植入的关键步骤，然而由于缺乏复制子宫内膜生理的人体外平台，理解这一过程一直受到阻碍。在此，研究人员提出了一种含有类器官衍生的子宫内膜上皮和原代基质细胞的双通道微流控平台。该模型重现了重要的子宫内膜标志，包括上皮极化、基质蜕膜化、细胞外囊泡释放和激素诱
胚胎粘附是植入的关键步骤，然而由于缺乏复制子宫内膜生理的人体外平台，理解这一过程一直受到阻碍。在此，研究人员提出了一种含有类器官衍生的子宫内膜上皮和原代基质细胞的双通道微流控平台。该模型重现了重要的子宫内膜标志，包括上皮极化、基质蜕膜化、细胞外囊泡释放和激素诱导的容受性。研究人员使用小鼠胚胎和人类囊胚验证了该模型，结果显示胚胎表现出初始粘附的特征。这些特征包括由极性滋养外胚层发起的胚胎-上皮接触建立、内细胞团重定位和谱系重组。此外，人类胚胎分泌β人绒毛膜促性腺激素（βhCG）表明功能性滋养层。因此，这项工作为研究胚胎粘附的关键特征、子宫内膜容受性以及影响胚胎-子宫内膜相互作用的疾病提供了一个平台。
研究背景方面，子宫内膜是子宫受激素调节的内衬，经历周期性重塑以变得具有接受胚胎植入的容受性。植入作为妊娠的最早事件，涉及囊胚贴附、粘附于子宫内膜上皮及侵入蜕膜。其中粘附是围受孕期的关键限制步骤，影响母胎长期健康结局。目前对人胚胎粘附的见解主要来源于体内研究汇编的卡内基分期，小鼠模型虽阐明了囊胚至植入后转换的结构重塑机制，但人与小鼠在植入部位、植入模式及滋养层分化等生理上存在显著差异，限制了发现的直接适用性。早期使用人子宫内膜上皮细胞或永生化细胞系的体外模型已发展为三维系统，子宫内膜上皮类器官能复制三维架构与激素反应，但缺乏子宫内膜基质细胞这一体内胚胎与子宫内膜串扰的必需成分；虽有三维系统将类器官纳入含基质细胞的基质中共培养，但其架构限制难以精确观察和表征植入的顺序阶段。微流控设备能精确控制细胞互作、化学梯度和机械力以复制体内生理，已被用于模拟激素反应、微生物群-宿主互作及女性生殖道植入动态，且获监管机构支持作为动物测试的替代方案，但现有模型仍难以捕捉胚胎粘附的精确时机与细胞标志。为此，研究人员开展了基于商用微流控系统开发子宫内膜芯片模型以研究小鼠和人类胚胎粘附机制的研究，得出该ADOC模型能重现子宫内膜上皮特征与上pi皮-基质互作、支持胚胎粘附观察并揭示相关动态的结论，其意义在于为研究胚胎粘附、子宫内膜容受性及相关疾病提供生理相关平台，该论文发表于《SCIENCE ADVANCES》。
主要关键技术方法包括：使用来自育龄期自然月经周期女性的浅表子宫内膜活检样本分离原代子宫内膜上皮与基质细胞，上皮细胞构建类器官并解离为单细胞，基质细胞为早期传代原代细胞；采用Emulate商用双通道微流控芯片（两通道由7μm孔径膜连接）构建ADOC模型，上通道接种上皮单细胞形成单层，下通道接种基质细胞，连续灌注培养6天；通过免疫荧光、透射电镜表征上皮极化与屏障功能，ELISA检测激素分泌蛋白，单细胞RNA测序分析转录组变化与细胞通讯；收集接受IVF研究捐赠的受精后5至6天人囊胚及商品化小鼠囊胚，经辅助孵化后引入上皮通道进行体外植入实验，通过延时成像、免疫荧光观察粘附动态与谱系重组，辅以米非司酮药理拮抗验证激素依赖性。
研究结果部分，开发与表征体外粘附动力学芯片模型：研究人员构建ADOC模型，上通道为类器官衍生子宫内膜上皮单层，下通道为原代基质细胞单层，由多孔膜分隔并允许分子扩散与旁分泌信号偶联；表征显示上皮具顶端微绒毛、极化（基底核与顶面膜紧密连接、桥粒），屏障通透性随培养时间下降，基质细胞呈成纤维样形态并向表皮延伸，证实模型保留体内子宫内膜立方至柱状形态与上皮-基质功能耦合。
激素响应上皮容受性与基质蜕膜化：研究人员对培养6天的ADOC进行激素处理（先17β-雌二醇2天，继以17β-雌二醇、醋酸甲羟孕酮、环磷酸腺苷与坦克酶抑制剂XAV-939联合4天），基质细胞形态变圆且圆度显著增加，分泌胰岛素样生长因子结合蛋白1（IGFBP-1）与催乳素（PRL）并表达孕激素受体，上清中两者含量逐日升高；上皮纤毛细胞（乙酰化α-微管蛋白阳性）减少，孕相关子宫内膜蛋白（PAEP/糖delin）阳性细胞增加，上皮通透性升高，单细胞测序显示激素处理后上皮上调分泌球蛋白（SCGB2A1、SCGB1D2）、糖蛋白（CEACAM5、CEACAM6）与腺体分泌标志物（PAEP、SPP1、DPP4），基质上调骨形态发生蛋白2（BMP2）、DKK1等蜕膜与血管发育基因，细胞通讯分析显示激素处理后BMP与SPP1通路激活，转录谱与体内分泌期中叶子宫内膜相似。
激素刺激驱动ADOC转录变化：研究人员对处理前后ADOC进行单细胞RNA测序获得28212个细胞转录组，聚类为7种主要细胞类型；未处理芯片以上皮样腔面群与主质群为主，处理后以上皮HT I、HT II与基质HT群为主；上皮HT群富集分泌标志物，基质HT群富集蜕膜标志物与血管相关通路，频率分析显示分泌上皮与蜕膜基质标志物在处理后显著富集，细胞通讯显示上皮与基质间存在活跃信号，与体内数据集比对显示腔面上皮似体内腔面上皮、HT上皮似腺体分泌簇、基质HT似增殖期基质但向蜕膜表型转变，证实模型复制体内子宫内膜细胞组成。
ADOC重现子宫内膜细胞外囊泡分泌：研究人员通过透射电镜观察到上皮与基质细胞内多泡体，收集培养基分离出凋亡小体、微囊泡与外泌体三种主要细胞外囊泡（EV）；纳米颗粒追踪分析显示上皮来源微囊泡与外泌体尺寸更大、浓度更高，激素处理前后无差异；提取EV miRNA进行RT-qPCR检测到分泌期特异性hsa-let-7e-5p与hsa-miR-17-5p，证实ADOC复制体内子宫内膜EV谱。
小鼠胚胎在ADOC中显示粘附：研究人员将小鼠囊胚引入激素处理后的上皮通道，52%囊胚抵抗冲洗牢固粘附，平均粘附时间59.3±29.5小时；粘附始于极滋养外胚层（TE）与上皮接触，内细胞团（ICM）定位顶端，随后胚胎铺展增加接触面积，TE细胞沿上皮平面铺展扁平，TE核与上皮层核共聚焦平面，囊胚腔重构，原始内胚层（GATA4阳性）重定位至近上皮侧，证实小鼠胚胎在ADOC中完成初始粘附与铺展及谱系重组。
ADOC揭示人囊胚粘附动力学与早期谱系重组：研究人员引入人囊胚，47%在34.1±12.2小时内粘附，无激素处理时囊胚仅扩张塌陷无法稳定粘附，米非司酮处理仅12.5%粘附，证实激素诱导容受性的必要性；粘附过程囊胚由球形扩张变为扁平致密，面积先减后增，TE由极TE（NR2F2阳性）起始接触并沿上皮侧向迁移，ICM（OCT3/4阳性）内部径向组织，原始内胚层（GATA4阳性）与上胚层、TE分隔，粘附胚胎分泌βhCG（与GATA3共定位）并出现多核合体滋养层样细胞，证实人胚胎在ADOC中实现功能性粘附与早期谱系重组。
讨论部分总结：研究人员指出早期人植入尤其胚胎粘附因伦理与体内获取困难理解有限，现有体外模型未能捕捉粘附时机与细胞标志；ADOC具分区微架构重现上皮-基质互作与独立分子分析能力，形态与分子上复制体内子宫内膜柱状上皮与分泌期表型（上皮PAEP、SPP1上调，基质IGFBP-1、PRL上调与血管通路富集），细胞通讯显示IHH与SPP1通路协调容受性与蜕膜化；ADOC可可视化人囊胚贴附粘附（极TE铺展、ICM重定位、原始内胚层重组），克服三维模型成像深度限制；局限性包括芯片膜为物理简化、PDMS吸收疏水分子、小鼠囊胚为异源校准但用人胚胎缓解；结论为ADOC复制子宫内膜上皮-基质细胞通讯与旁分泌通路，通过活成像与分子解析揭示人胚胎粘附关键方面，为功能基因组、机制测定与药物筛选提供平台以改善胚胎粘附障碍，助力研究子宫内膜疾病与植入失败机制。
研究结论部分翻译：总之，ADOC当前设计复制了子宫内膜上皮-基质细胞间的细胞标志与旁分泌信号通路。该系统使研究人员能够通过活成像与胚胎粘附的精确分子解剖展示人胚胎粘附的关键方面。ADOC为功能基因组学、机制测定与药理学筛选提供了生理相关平台，以识别可能改善胚胎粘附损伤的化合物。鉴于子宫内膜疾病与植入失败仍是辅助生殖中的主要挑战，ADOC为研究这些病理背后的机制提供了有力工具。
