模拟牛子宫内膜的芯片用于研究可能危及妊娠的因素
该设备首次用于培养两种母体子宫内膜细胞类型，揭示了子宫环境中葡萄糖和胰岛素水平变化的影响。
为了研究可能危及牛怀孕成功的因素，巴西圣保罗大学（USP）的研究人员使用一种芯片模拟子宫内膜的环境，子宫内膜是子宫内部的组织。
这项研究是由圣保罗大学动物科学与食品工程学院（FZEA - USP）的博士后研究员、生物学家蒂亚戈·恩里克·卡马拉·德·贝姆（Tiago Henrique Camara de Bem）与英国利兹大学的四名研究人员合作进行的。他们的发现发表在《内分泌学》杂志上的一篇文章中。
研究人员专注于分析母体上皮细胞和间质细胞中胰岛素和葡萄糖水平的变化，以及对妊娠初期发育的可能影响。上皮细胞是子宫内膜中最外层的细胞。它们与腔界面，并与胚胎直接接触。间质细胞进一步深入体内，充当支持细胞，指导上皮细胞的生长、分化和发育等功能。
该小组发现，高水平的葡萄糖改变了上皮细胞中的21个蛋白质编码基因和基质细胞中的191个蛋白质编码基因，并触发了蛋白质分泌组（在培养基中分泌的蛋白质，在本例中是模仿子宫内膜液）的数量变化。 "当我们改变培养基中葡萄糖和胰岛素的数量，强调细胞时，我们能够开关基因，确定它们是否表达， " Camara de Bem说。
胰岛素水平的变化改变了196种蛋白质的定量分泌，但导致基因转录的改变有限。 "关键因素可能是子宫液的蛋白质组成，这些细胞将蛋白质分泌到胚胎中， "他解释说。 "我们发现，这组蛋白质与信号通路有关，这些信号通路在牛早孕成功中起着重要作用，与代谢、细胞基质和其他因素有关。所有这些发现都证明了母亲葡萄糖和胰岛素改变可以影响子宫功能的机制。 "
Camara de Bem得到FAPESP的博士后研究金支持，在Flavio Vieira Meirelles教授的监督下，在分子形态生理学和发展实验室开展了一个项目，并获得了国外研究实习奖学金。
压力
卡马拉·德·贝姆(Camara de Bem)表示，巴西是世界上牛胚胎生产的领先者，但流产率很高。他说： "我们的大部分胚胎都是通过体外受精产生的。卵母细胞被收集、成熟、受精、培养并转移到同步受体。然而， 40%的妊娠在第三或第四个星期内流产。 "他回顾说，牛的妊娠持续大约九个月，就像人类一样。
生殖成功取决于许多条件。 "怀孕是母亲和在母亲子宫中发育的胚胎之间的相互作用， "卡马拉·德·贝姆说。 "它涉及胚胎细胞和母亲的细胞之间的交叉交谈。这种沟通受到多个过程的影响。当沟通不正确时-当胚胎不能发出信号或母亲不识别发育中的胚胎时，可能会发生妊娠损失。 "
他继续说，环境或营养问题，甚至生产过程本身造成的压力，可能会导致母胎沟通不稳定，扰乱妊娠。就牛而言，高产奶牛的怀孕是主要问题，产后初期往往涉及代谢压力，因为大坝的能量平衡为负值。
"例如，葡萄糖是细胞代谢的基本底物， "卡马拉·德·贝姆说。 "细胞需要葡萄糖来履行其功能。哺乳奶牛在生产牛奶方面面临代谢挑战。它们消耗大量能量，因为它们需要维持生物体的基本功能以及牛奶生产中涉及的所有功能。母亲新陈代谢的状态显着影响再生。因此，我们专注于理解在接收胚胎的环境中导致代谢压力的因素。 "
芯片上的子宫内膜
卡马拉·德·贝姆(Camara de Bem)强调，这项研究是与利兹大学医学院(University of Leeds Medical School)教授、文章的最后作者尼亚姆·福德(Niamh Forde)领导的团队合作进行的。 "她正在调查母亲对奶牛怀孕的认识。我有兴趣调查胚胎向母亲发送的信号。我们认为这将是一个很好的合作，我们有一个想法，就是在芯片上开发'子宫内膜" ，可以用于多细胞培养，即从子宫内膜中生长不止一种细胞， "他说。
芯片类似于组织学幻灯片，但它被分成了房间-科学家们在其中播撒了两种类型的细胞。这些隔膜是由多孔膜组成的，可以让在不同腔中培养的两种细胞之间交换信息，但不允许细胞类型切换位置。该设备可以被认为是一种适应于模拟子宫内膜的商业芯片。
卡马拉·德·贝姆(Camara de Bem)说： "上皮细胞在上腔中播种，基质细胞在下腔中播种。这两种细胞类型在子宫内膜中都很丰富。上腔的培养基中富含上皮细胞产生和分泌的因素，代表子宫内膜的分泌。 "
该芯片使科学家能够不断地向细胞注入培养基。他说： "我们对细胞进行了三天的培养，在整个实验过程中，将培养基（每分钟1微升， 72小时）注入三种不同浓度的葡萄糖或两种不同浓度的胰岛素。 "营养物质的注射非常缓慢，过程类似于最佳培养基生理学。这确保了细胞在整个实验过程中暴露在相同水平的葡萄糖和胰岛素中。 "
未来
该方法是创新的，以前从未被用于模拟牛子宫内膜。传统的细胞培养太简单，无法模拟所有子宫内膜条件。 "子宫内膜是三维的，有几种细胞和腺体产生因子和营养物质来维持妊娠， "卡马拉·德·贝姆回忆道。 "在体外胚胎培养中，使用传统方法是静态的，在一个不反映动物有机体丰富性的环境中，涉及单一细胞类型。你可以生长细胞，将胚胎转移到接受者，并生产健康的动物，但我们开始以尽可能接近生理现实的方式重新创造这个过程。 "
卡马拉·德·贝姆(Camara de Bem)指出，他在利兹大学(University of Leeds)的合作伙伴正在开发其他类型的胚胎植入芯片。他说： "该方法开辟了丰富的机会，我们希望将来能够将细胞和胚胎一起培养，以准确地了解当培养基和与母体细胞的交流发生变化时会发生什么。这为更多的应用研究打开了大门。 "
该小组的工作还为包括人类在内的哺乳动物的妊娠研究提供了一个潜在的模型。 "除了非人类灵长类动物，小鼠是研究人类的主要模型。小鼠胎盘的形成与人类的过程最相似。另一方面，与我们的小鼠有很多后代不同。在牛身上，胎盘与人类非常不同，但妊娠期相似，每次妊娠奶牛也只有一个后代。由于物种之间的差异，永远不会有理想的模型，但这可能是一个更多的模型， "他说。
MedicalPress · 科学 · 06月07日