英国巴布拉罕研究所（Babraham Institute）与美国斯坦福大学的研究人员通过工程化手段构建出一种在生物学特性上高度接近真实子宫内膜的三维模型，从而首次在可控条件下系统研究人类胚胎着床过程。这一突破性研究使长期难以观察的胚胎—子宫内膜相互作用得以直接分析，为理解胚胎着床失败（implantation failure）这一早期妊娠流产的主要原因，以及多种妊娠并发症的起源提供了新的研究平台。
相关成果发表于《Cell》期刊。
“理解胚胎着床以及着床后早期胚胎发育在临床上具有重要意义，因为这一阶段极易发生失败，”研究负责人、巴布拉罕研究所高级研究组负责人 Peter Rugg-Gunn 博士表示，“尤其是着床失败的高发生率，是目前体外受精（IVF）成功率的主要限制因素之一。”
在人类受精后约一周，发育中的胚胎会嵌入子宫内膜。这一关键阶段由于伦理与技术限制，长期以来几乎无法直接观察，因此成为人类发育生物学中理解最为有限的环节之一。
工程化子宫内膜模型
研究团队开发的三维模型旨在高度重建子宫内膜的复杂生理特性与细胞组成。模型的构建采用分步骤工程化策略，将子宫内膜组织的不同关键成分逐一整合。
研究人员从接受子宫内膜活检的健康供体中分离出两类构成子宫内膜的核心细胞类型：上皮细胞（epithelial cells）和基质细胞（stromal cells）。在此基础上，研究团队还分析了真实子宫内膜组织中决定其结构特征的关键组织成分。
构建新型子宫内膜模型的组成部分和步骤示意图。图片来源：Mole 等人。
这些结构成分与基质细胞一同被嵌入一种特殊的凝胶中，以支持细胞在厚层结构中的生长；随后，上皮细胞被铺设在其表面，并形成连续覆盖层。最终构建出的模型在细胞结构组织上与真实子宫内膜活检样本高度一致，并且在激素刺激下表现出与胚胎着床“可接受状态（receptivity）”相符的生物学反应。
观察着床及着床后发育特征
研究人员利用该模型对来自 IVF 程序的早期人类胚胎进行了测试。结果显示，胚胎（此时为一团紧密排列的细胞）在模型中经历了预期的黏附（adhesion）和侵入（invasion）过程，成功嵌入工程化的子宫内膜支架。
在着床后，胚胎分泌的人绒毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin, hCG）水平显著升高，同时释放出多种与妊娠相关的蛋白质。hCG 正是临床妊娠检测中使用的关键生化标志物。
Rugg-Gunn 博士指出：“令我们非常兴奋的是，这一系统能够释放出支持胚胎在妊娠最初几周存活和发育所必需的关键因子。此前的模型从未实现这一点，这对我们而言是一次真正的突破。”
更重要的是，该模型支持胚胎在着床后的持续发育，使研究人员得以分析受精后 12–14 天这一此前几乎未被系统研究的发育阶段。研究中观察到多个关键里程碑事件，包括胚胎内特化细胞类型的出现，以及对胎盘发育至关重要的前体细胞类型的建立。
通过对着床界面进行单细胞分析，研究人员成功描绘了胚胎与子宫内膜模型交界处的细胞特征，相当于“监听”了两种组织之间的分子对话。这些数据为理解着床后早期胚胎发育所依赖的复杂组织间相互作用提供了新的线索。
揭示不孕原因的新途径
除拓展教科书层面的基础认知外，该模型还为解释个体化不孕不育原因提供了新的可能。研究人员指出，该系统未来可用于比较不同个体中子宫内膜对胚胎信号的反应差异，并用于测试提高子宫内膜接受性的潜在治疗手段。
侧视图显示了新型子宫内膜模型（下方两幅图）与子宫内膜组织活检样本（上方图）的相似性。图中可见两种细胞类型：外层上皮细胞（粉色）和内层间质细胞（蓝色）。图片来源：斯坦福大学 Max Polanek。
共同第一作者、博士后研究员 Irene Zorzan 博士表示：“胚胎着床及其后的发育过程通常完全不可见，这极大限制了我们探索这一关键阶段细胞与分子机制的能力。现在，我们终于可以直接观察生命最早期阶段中此前未被触及的过程。”
另一位共同第一作者、高级研究科学家 Sarah Elderkin 博士总结道：“胚胎与子宫内膜之间的同步沟通对于母体健康和新生儿健康至关重要。我们的模型使研究人员能够解析这种联系在着床时是如何建立的，这对理解不孕、提高妊娠成功率以及早期识别妊娠障碍具有重要意义。”
研究团队同时对捐赠多余胚胎用于科研的志愿者表示感谢，强调此类研究的开展离不开他们的无私支持。
参考文献：Modelling human embryo implantation in vitro, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.10.027. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01232-2
编辑：王洪
排版：李丽
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