Implantacja zarodka to kluczowy etap ciąży, który następuje kilka dni po zapłodnieniu. Zarodek, mający w tym momencie 5-6 dni, dociera do macicy, przyczepia się do błony śluzowej macicy i implantuje się w tkance, aby dalej się rozwijać. Błędy na tym etapie są częstą przyczyną niepowodzenia zapłodnienia in vitro, nawet jeśli sam zarodek jest całkowicie zdrowy.
Badania nad implantacją u ludzi stanowią wyzwanie. Ograniczenia etyczne uniemożliwiają eksperymenty z naturalnymi zarodkami, a tkankę z wczesnej ciąży można uzyskać jedynie poprzez rzadkie zabiegi medyczne, takie jak histerektomia (usunięcie macicy).
Obecne modele laboratoryjne, takie jak hodowle komórek płaskich lub organoidy endometrium, nie są w stanie odtworzyć złożonej trójwymiarowej interakcji zarodka z macicą.
Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk postanowili zmienić tę sytuację i stworzyli miniaturową macicę na chipie – trójwymiarowy model endometrium, który pozwala na odtworzenie wszystkich kluczowych etapów przyczepu zarodka i wczesnego rozwoju po implantacji w kontrolowanych warunkach.
W tym celu komórki endometrium umieszczono w żelu, gdzie utworzyły strukturę jak najbardziej zbliżoną do naturalnej błony śluzowej. Tkanka ta, zwana endometrioidem, została umieszczona na mikroprzepływowym chipie, który naśladuje ruch substancji odżywczych i płynów, tworząc warunki zbliżone do tych w macicy. W rezultacie tkanka funkcjonowała tak, jak w organizmie, a nie jak na szalce Petriego. Co więcej, komórki endometrium do modelu można było uzyskać z pojedynczej biopsji, a system działał również z komórkami pobranymi nieinwazyjnie, na przykład z krwi menstruacyjnej.
Gdy sztuczna wyściółka macicy była gotowa, zespół umieścił na chipie dwa rodzaje zarodków. Pierwszym z nich była prawdziwa ludzka blastocysta, składająca się ze 100–200 szybko dzielących się komórek. Drugim były blastoidy, czyli struktury stworzone w laboratorium z komórek macierzystych, które naśladują naturalne blastocysty. Można je produkować masowo, zachowując jednocześnie stabilne właściwości genetyczne.
Eksperymenty wykazały, że zarodki przeszły pełny cykl implantacji: wchodziły w kontakt z tkanką, przyłączały się do niej za pomocą sygnałów molekularnych i były implantowane w błonie śluzowej.
W przypadku komórek pochodzących od kobiet, u których zapłodnienie in vitro zakończyło się niepowodzeniem, implantacja zarodka była gorsza, co odzwierciedla rzeczywiste obserwacje kliniczne. Co więcej, na chipie przetestowano ponad 1000 leków zatwierdzonych przez FDA, identyfikując substancje zwiększające prawdopodobieństwo implantacji.
To odkrycie otwiera nowe możliwości badania przyczyn niepłodności, dostosowywania metod leczenia metodą zapłodnienia in vitro (IVF) oraz testowania leków w bezpiecznych i etycznych warunkach. Przyszłe osiągnięcia obejmują dodanie do modelu naczyń krwionośnych i komórek układu odpornościowego, aby dokładniej odtworzyć biologię człowieka.
