器官晶元成功模擬月經周期，或有助未來藥物研發

《自然-通訊》發表的論文A microfluidic culture model of the human reproductive tract and 28-day menstrual cycle報告稱，使用器官晶元（organ-on-a-chip）技術可以模擬人類生殖系統的28天月經周期。該研究首次表明，不同的生殖系統組織可以和其它組織一起順利培養一個月，並會釋放激素，如同在正常的月經周期中觀察到的一樣。該技術或許能藥物發現提供一個平台。

Alex Fan

日益發達的精密加工技術使對材料進行微觀尺度的加工成為可能，微流控晶元應運而生。這類裝置專門應對微小液量，利用液體自身的表面張力等流體力學特性，通過在材料上加工出刻線、管道、微型閥門等，讓液體按規划進行運動和反應。微流控晶元已用於化學、生命科學甚至軟體機械控制等方面的研究。在生物醫學研究的應用之一即是用人體細胞製備器官晶元，對人體的器官系統進行模擬。目前已有心臟晶元、肺晶元、腎晶元等類型。

本研究就是用器官晶元技術來模擬女性生殖系統的。女性生殖系統由卵巢、輸卵管、子宮和子宮頸等不同類型的器官和組織構成，各種激素和組織之間複雜的作用使得在實驗室模擬這一系統非常困難。

月經周期內各種器官和激素之間的作用。Wikipedia

美國西北大學的Teresa Woodruff及同事製造了單個、兩個和五個晶元的微流控平台。在這個五聯平台中，作者將小鼠卵巢和人類輸卵管、子宮內膜、子宮頸和肝組織結合在一起，在該裝置中培養了28天（加入肝組織是為了檢驗對非生殖系統細胞的作用），持續時間超出此前可達到的水平。在這個裝置中，流體能夠在組織上流動。通過外加壓頭，研究者讓組織承受一定壓力，以驅動液體在組織之間流動，並模仿身體內發生的情況。

本研究所述包含5種不同組織的五聯微流控平台。Xiao et al.

為了模擬腦垂體激素的影響，作者開發了一套計算激素輸入濃度的演算法，依此隨著時間流逝向系統中輸入相應濃度的促卵泡激素（FSH）和人絨毛膜促性腺激素（hCG，和腦垂體分泌的黃體生成素（LH）相仿），以模擬卵泡期生殖系統受到的其他激素影響。最後培養時觀察到類似卵泡的結構在卵巢晶元中正常出現，卵泡期後期出現雌激素峰值，孕酮受抑，如同在月經周期中所見的一樣。

五聯微流控平台培養過程中，輸入的促卵泡激素（FSH，紅）和人絨毛膜促性腺激素（hCG，灰）水平。Xiao et al.

同一系統中雌二醇（紫）和孕酮（綠）水平發生的相應變化。Xiao et al.

目前該研究存在的缺陷是，它只模擬了激素分泌，而沒有反映生殖系統的全部功能（養育胎兒），也沒有表明免疫系統等其它因素可能存在的影響。但是，這標誌著人們對於理解生殖系統功能邁出了重要一步，有望為未來的藥物發現（避孕或不孕症治療）或毒理研究鋪平道路。

對於生物醫學來說，器官晶元的一大好處在於可以更準確地模擬實際的人體環境，從而提高藥物研發的效率。有句話說得好，「人不是70公斤重的老鼠」。動物模型的一大局限性是它們並非人類，所以實驗室內的動物實驗有時可能無法反應藥物在人體內的真實效應。而用人類細胞製備的器官晶元進行研究則可能有效克服這一局限性，在實驗室階段便直接以具有功能的人類組織為對象進行藥物研發。