Μια ομάδα επιστημόνων με ηγέτιδα δύναμη την Κίνα, κατάφερε να κατασκευάσει την πρώτη στον κόσμο «μίνι-μήτρα» σε μορφή τσιπ. Αυτό το επαναστατικό μοντέλο είναι ικανό να αναπαράγει πλήρως τη διαδικασία της «εισβολής» των ανθρώπινων εμβρύων στη μήτρα κατά τις πρώτες εβδομάδες της εγκυμοσύνης.

Το τρισδιάστατο αυτό μοντέλο, που αναπτύχθηκε σε ένα μικρορευστικό τσιπ, αναμένεται να φωτίσει τα ανεξερεύνητα μυστήρια της εμφύτευσης του ανθρώπινου εμβρύου. Παράλληλα, φιλοδοξεί να οδηγήσει σε εξατομικευμένες θεραπείες για γυναίκες που αντιμετωπίζουν δυσκολίες στην επίτευξη εγκυμοσύνης. Η επιστημονική ομάδα, με επικεφαλής ερευνητές από το Ινστιτούτο Ζωολογίας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, επεσήμανε ότι η βαθύτερη κατανόηση της ανθρώπινης εμφύτευσης είναι «κρίσιμη», αλλά η έρευνα περιοριζόταν από ηθικούς κανόνες και την περιορισμένη πρόσβαση σε ανθρώπινα έμβρυα.

«Για να ξεπεράσουμε αυτά τα εμπόδια, αναπτύξαμε ένα τρισδιάστατο ενδομητρικό μοντέλο εμφύτευσης σε τσιπ, χρησιμοποιώντας ανθρώπινα βλαστοειδή ή βλαστοκύστεις σε συνδυασμό με βιομηχανικά επεξεργασμένο ανθρώπινο ενδομητρικό ιστό, τον οποίο ονομάσαμε ενδομητρίο», αναφέρουν οι ερευνητές σε άρθρο τους που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Cell στις 23 Δεκεμβρίου. «Αυτό το σύστημα αναπαράγει με επιτυχία τα βασικά στάδια της ανθρώπινης εμφύτευσης και της πρώιμης μεταεμφυτευτικής ανάπτυξης», πρόσθεσε η ομάδα, η οποία περιλάμβανε επιστήμονες από πανεπιστήμια και ιατρικά κέντρα στην Κίνα και τις Ηνωμένες Πολιτείες.

Οι βλαστοκύστεις είναι έμβρυα ηλικίας πέντε έως έξι ημερών, που αποτελούνται από 100 έως 200 ταχέως διαιρούμενα κύτταρα. Περιλαμβάνουν μια εξωτερική κυτταρική μάζα που θα εμφυτευτεί στη μήτρα για να αναπτυχθεί στον πλακούντα, και μια εσωτερική κυτταρική μάζα που τελικά θα σχηματίσει το μωρό. Τα βλαστοειδή, από την άλλη, είναι δομές που μοιάζουν με βλαστοκύστεις και παράγονται από ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα – τα οποία μπορούν να διαφοροποιηθούν σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου. Είναι κλιμακούμενα και γενετικά συνεπή, καθιστώντας τα ιδανικά για μελέτες, όπως ο έλεγχος φαρμάκων.

«Η ανθρώπινη κύηση ξεκινά με την εμφύτευση του εμβρύου, η οποία ξεκινά όταν η βλαστοκύστη προσκολλάται στην επένδυση της μήτρας – ένα απαραίτητο βήμα για τη συνέχιση της εγκυμοσύνης και την αναπαραγωγική επιτυχία», εξηγεί η ομάδα. Η διαδικασία της εμφύτευσης περιλαμβάνει τρία κύρια στάδια: την προσέγγιση, όπου η βλαστοκύστη έρχεται σε πρώτη επαφή με την επένδυση της μήτρας· την πρόσφυση, όπου σταθεροποιείται στην επένδυση μέσω ειδικών μορίων· και την εισβολή, όπου η βλαστοκύστη διεισδύει και ενσωματώνεται στο ενδομήτριο.

Σε παγκόσμιο επίπεδο, ένας στους έξι ενήλικες επηρεάζεται από υπογονιμότητα, η οποία ορίζεται ως αδυναμία επίτευξης εγκυμοσύνης μετά από 12 μήνες ανεπιφύλακτης σεξουαλικής επαφής, σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας. Η κατανόηση της διαδικασίας εμφύτευσης είναι απαραίτητη για την πρόοδο των τεχνολογιών υποβοηθούμενης αναπαραγωγής και για την παροχή βοήθειας σε ασθενείς με υποτροπιάζουσα αποτυχία εμφύτευσης (RIF), η οποία διαγιγνώσκεται μετά από περισσότερες από τρεις αποτυχημένες προσπάθειες εξωσωματικής γονιμοποίησης και εμβρυομεταφοράς.

«Ωστόσο, ηθικοί και πρακτικοί περιορισμοί δυσχεραίνουν τις άμεσες μελέτες σε φυσικά ανθρώπινα έμβρυα, βασιζόμενοι παραδοσιακά σε δείγματα ιστών πρώιμης εγκυμοσύνης από υστερεκτομές», αναφέρουν οι ερευνητές. Επιστήμονες έχουν αναπτύξει μοντέλα, όπως τρισδιάστατα ενδομητρικά οργανοειδή, για να αναπαράγουν την ανθρώπινη εμφύτευση, αν και τα υπάρχοντα μοντέλα στερούνται χαρακτηριστικών και αλληλεπιδράσεων εμβρύου-ενδομητρίου σε τρισδιάστατη μορφή.

Η κινεζική ομάδα δημιούργησε το τσιπ της μήτρας συνδυάζοντας ανθρώπινες βλαστοκύστεις ή βλαστοειδή με τρισδιάστατα βιομηχανικά επεξεργασμένους ανθρώπινους ενδομητρικούς ιστούς, οι οποίοι μπορούν να ληφθούν από μία μόνο βιοψία, πάνω σε ένα μικρορευστικό τσιπ. «Το τρισδιάστατο ενδομητρίο-βασισμένο μοντέλο εμφύτευσης σε τσιπ μας προσφέρει μια βελτιστοποιημένη πλατφόρμα που αποτυπώνει όλα τα κύρια στάδια της εμφύτευσης – προσέγγιση, πρόσφυση και εισβολή – καθώς και την πρώιμη μεταεμφυτευτική ανάπτυξη».

Αρχικά, η ομάδα συνδύασε στρώματα τζελ με ενδομητρικά κύτταρα για να δημιουργήσει το τρισδιάστατο μοντέλο, το οποίο είναι «δομικά παρόμοιο» με ένα πραγματικό ενδομήτριο. Στη συνέχεια, εισήγαγαν βλαστοειδή και πέτυχαν καλύτερη παρατήρηση ολόκληρης της ακολουθίας εμφύτευσης σε σύγκριση με τα προηγούμενα δισδιάστατα μοντέλα. Οι ερευνητές δοκίμασαν επίσης το μοντέλο τους εισάγοντας ανθρώπινες βλαστοκύστεις, οι οποίες εμφυτεύτηκαν επιτυχώς στα μοντέλα μήτρας.

Χρησιμοποιώντας μοντέλα από ασθενείς με RIF, διαπίστωσαν ότι είχαν «σημαντικά μειωμένη ικανότητα εμφύτευσης βλαστοειδών» σε σύγκριση με τα τσιπ που προέρχονταν από γόνιμες ασθενείς. Με τη χρήση των μοντέλων, έλεγξαν πάνω από 1.000 εγκεκριμένες ενώσεις από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) για να εντοπίσουν αυτές που βελτίωναν τα ποσοστά εμφύτευσης, αντιμετωπίζοντας ένα κενό στη δοκιμή φαρμάκων για την RIF.

Αν και δημιούργησαν τα μοντέλα τους χρησιμοποιώντας κύτταρα από ενδομητρικές βιοψίες, η ομάδα ανέφερε ότι το σύστημα ήταν επίσης συμβατό με ενδομητρικά κύτταρα που λαμβάνονται μη επεμβατικά μέσω εμμηνορροϊκού αίματος. Ωστόσο, το μοντέλο έχει ακόμα περιορισμούς, όπως η έλλειψη αγγειακών και ανοσοκυτταρικών συστατικών, τα οποία είναι απαραίτητα κατά την αναδιαμόρφωση της μήτρας, μια διαδικασία σημαντική για την αύξηση της ροής αίματος στον πλακούντα και το αναπτυσσόμενο έμβρυο.

«Συνολικά, αυτή η τρισδιάστατη πλατφόρμα επιτρέπει τη μηχανιστική διερεύνηση της ανθρώπινης εμφύτευσης και της αποτυχίας εμφύτευσης και προσφέρει μια κλιμακούμενη προσέγγιση για την αξιολόγηση θεραπευτικών στρατηγικών για τη βελτίωση της αλληλεπίδρασης εμβρύου-ενδομητρίου σε κλινικό επίπεδο», κατέληξε η ομάδα.