中國科研團隊打造“子宮芯片”，非侵入性檢測助力個性化輔助生殖

中國不孕癥人群已超 4000 萬，其中約 10% 的輔助生殖患者會陷入反復種植失敗（RIF）的困境——即便移植健康胚胎，仍需經歷 3 次以上 “移植-失敗” 的循環，病因不明讓治療如同 “盲目試孕”。

如今，中國科學院動物研究所的研究團隊聯合國際團隊帶來重磅突破：他們在《細胞》雜志發表的 3D 子宮胚胎植入模擬芯片，不僅首次在體外完整復刻人類胚胎 “定位-附著-入侵-早期發育” 全流程，更實現了 RIF 的精準病因診斷、個性化藥物篩選和無創檢測，徹底改寫輔助生殖的診療模式。

胚胎植入是妊娠的關鍵一步，發生在受精后 5-7 天，一旦失敗便無法形成有效妊娠。長期以來，倫理限制讓活體子宮內的植入過程成為 “黑匣子”，而傳統實驗室模型要么只能模擬簡單附著，要么無法響應激素調控，根本無法還原真實子宮的復雜環境。

這款 “子宮芯片” 的核心創新，在于構建了 “活的子宮內膜組織（endometrioid）”：研究團隊從子宮內膜分離上皮細胞和基質細胞，先將上皮細胞培養成能分化為腔上皮、腺上皮的類器官，再與基質細胞混合，嵌入經 27 次實驗優化的 “Matrigel+MMP 可降解水凝膠” 混合基質中。這種基質的硬度約 184 Pa，與體內子宮組織（171-250 Pa）高度吻合，且能在雌激素、孕酮調控下進入 “種植窗期”，激素處理后雌激素響應基因 IHH 表達提升 3.1 倍，孕酮響應基因 PAX8 表達提升 2.8 倍，完全具備真實子宮內膜的分泌功能和激素敏感性。

在此基礎上，芯片通過微流控技術構建分層培養體系——底層為基礎 ECM 凝膠，中層為子宮內膜核心，上層為腔上皮單層，完美模擬子宮內壁結構。研究團隊將干細胞來源的類囊胚（blastoid）和捐贈的人類囊胚分別放入芯片，兩種胚胎均完成了 “定位-附著-入侵” 的完整植入流程，更突破性地支持了著床后的早期發育：植入 3 天后，胚胎分化出合胞體滋養層（hCG 陽性）和絨毛外滋養層（HLA-G 陽性）；7 天后，形成原羊膜腔（OCT4 陽性細胞構成）和原卵黃囊（GATA6 陽性細胞構成），相當于體內 10-12 天的發育階段，這是過往任何模型都未能實現的突破。

更關鍵的是，該模型精準復刻了 RIF 的病理狀態。研究發現，RIF 患者的子宮內膜細胞存在顯著異常：凋亡細胞增多、增殖能力下降、DNA 損傷累積，就像 “孕育種子的土壤” 變得貧瘠。用這些患者細胞構建的芯片模型中，囊胚植入率僅為健康人群的 60%，且植入后形成羊膜腔、卵黃囊的比例不足健康組的 1/3，與臨床中 “移植成功但胚胎停育” 的表現完全一致。

通過單細胞 RNA 測序，團隊還首次解析了胚胎與母體的 “對話密碼”：附著階段，胚胎極性滋養層分泌的 VEGFA、CGA，分別與子宮內膜上皮細胞的 VEGFR1、FSHR 受體結合，前者促進形成 “附著位點”，后者抑制上皮細胞凋亡，阻斷這兩條通路會讓囊胚附著率下降 68%；入侵階段，胚胎分泌的 MMP9 降解子宮內膜基質開辟通道，母體基質細胞分泌的 IGF1 促進胚胎增殖，這種 “雙向配合” 的動態機制首次在體外被清晰解析。

技術的核心價值更體現在臨床轉化上。團隊利用芯片對 1119 種 FDA 批準藥物進行篩選，建立了 “類器官初篩+芯片驗證” 的個性化藥物篩選流程。針對不同 RIF 患者的特異性缺陷，篩選結果精準高效：RIF-60 患者因雌激素受體 ESR 表達不足，經阿伏苯宗處理后，ESR 基因表達提升 2.3 倍，囊胚植入率從 32% 飆升至 78%，胚胎形成羊膜腔的比例從 2.1% 提升至 12.5%；RIF-29 患者因 DNA 損傷修復基因 BRCA1 表達低，血管加壓素處理后，BRCA1 表達提升 1.8 倍，子宮內膜細胞 DNA 損傷率下降 41%，囊胚入侵深度增加 53%。更令人驚喜的是，檢測無需痛苦活檢——模型僅需 6500 個基質細胞和 5000 個上皮細胞，一次經血樣本就能提取約 2×10?個子宮內膜細胞，完全滿足需求，且經血來源細胞與活檢樣本的基因表達相似度達 94%，構建的模型囊胚植入率差異不足 5%，徹底避免了宮腔鏡活檢的出血、感染風險。

“我們的 3D 植入模型不僅重現了人類胚胎植入的關鍵事件，還為 RIF 患者的個性化藥物發現提供了強有力的工具，” 研究主要作者表示。這款指甲蓋大小的芯片，既突破了倫理限制和技術瓶頸，讓生命早期發育的 “黑匣子” 被打開，更推動輔助生殖從 “經驗驅動” 邁入 “精準科技驅動”：未來患者只需提供一份經血樣本，就能通過芯片明確病因、匹配專屬藥物，告別反復移植的身心煎熬。對于無數受困家庭而言，這一技術不僅是 “好孕” 的新希望，更標志著人類在理解生命起源、破解不孕難題的道路上邁出了里程碑式的一步。

參考文獻：

Qian Li et al, A 3D in vitro model for studying human implantation and implantation failure, Cell (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2025.10.026.

How a miniature womb on a chip can help women struggling to conceive
https://medicalxpress.com/news/2026-01-miniature-womb-chip-women-struggling.html

撰文 | 生物谷編輯 | 木白