麻省理工学院（MIT）的科学家们通过开发一种仿生组织的合成细胞外基质（ECM），为人类子宫内膜细胞构建了一个三维子宫内膜微环境。这个模型模拟了人类月经周期的关键方面，引入了一个合成平台，用于在受控、长期和可调环境中研究细胞间和细胞-基质的通讯，有助于理解调控人类月经健康与疾病机制。
这项名为“在完全合成的细胞外基质中共培养周期性人类子宫内膜的器官样共培养模型，实现了上皮-基质交流的研究”的研究成果已发表在Cell Press的期刊Med上。
三维子宫内膜微环境的组织工程
在子宫内膜中，性激素推动组织迅速生长和成熟，同时细胞与分子上和机械上与生殖功能相关联的细胞外基质（ECM）发生同样动态的变化。这是再生生物学的一个惊人示例。这些卓越的再生特性也在常见的严重疾病如子宫内膜异位症中发挥作用，因此迫切需要新的治疗方法。
间质细胞和上皮细胞在调解人类月经周期的性激素信号中发挥了重要作用。然而，缺乏允许对它们进行研究的模型一直以来阻碍了这个领域的发展。在这项研究中，MIT的研究人员合成了一种新型的细胞外基质（ECM），以实现间质细胞和子宫内膜上皮器官样体外培养的平行研究。
共同主要作者胡安·涅科（Juan Gnecco）博士，现在是塔夫茨大学生物医学工程系的助理教授，以及亚历山大·布朗（Alexander Brown）博士通过分析基质组成和月经周期依赖性子宫内膜整合素表达，寻找潜在的细胞-基质相互作用线索，以将其纳入用于与金属蛋白酶基质降解酶易裂脆肽交联的聚乙二醇（PEG）基水凝胶中。然后，他们研究了子宫内膜的生物物理和分子特性，以找出哪种混合物适用于上皮器官样体外培养、间质细胞培养以及两种细胞类型的共培养的激素驱动生长和分化。当共同封装在与天然组织类似硬度的水凝胶中，并且功能化了两种肽，即胶原蛋白衍生的粘附肽（GFOGER）和纤维连接蛋白衍生的肽（PHSRN-K-RGD），每种细胞类型都对激素变化显示出特征性的形态和分子响应。
作为概念验证，他们随后使用这个模型展示了在共培养中，上皮细胞对激素的依赖行为与单一培养中的不同。例如，他们发现促炎因子IL1B似乎会推动子宫内膜共培养进入一种模仿子宫内膜异位症等疾病症状的状态。
聚乙二醇（PEG）合成细胞外基质的优势
这个模型使得可能在患者源性子宫内膜细胞的长期培养中研究子宫内膜上皮-间质的分子和表型效应。通过定义一个完全合成的细胞外基质水凝胶，以替代Matrigel用于器官样体外培养，并同时支持间质细胞培养。Matrigel和胶原等天然基质，虽然可以单独用于共培养，或者进行创造性组合，但包含了许多可能淹没细胞所产生信号的额外信号分子。这个合成细胞外基质的主要成分PEG，被认为与蛋白质的相互作用相对较少，因此每种细胞类型产生的生长因子、细胞因子和其他分子可以自由地主导细胞间的通讯网络。根据设计，合成细胞外基质只有少量生物信号：两个整合素配体、两个ECM结合蛋白和一个肽交联剂。
虽然这只是描述合成细胞外基质的第一步，但它可能比没有细胞外基质的共培养模型更适合模仿和研究子宫内膜疾病的某些方面。
编辑：王洪
排版：李丽
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