Имплантация эмбриона — важнейший этап беременности, который происходит через несколько дней после оплодотворения. Эмбрион, которому на тот момент 5-6 дней, достигает матки, прикрепляется к её слизистой и внедряется в ткань, чтобы развиваться дальше. Ошибки на этом этапе — частая причина неудач ЭКО, даже если сам эмбрион полностью здоров.

Изучать имплантацию у человека непросто. Этические ограничения не позволяют проводить эксперименты с естественными эмбрионами, а ранние ткани беременности можно получить лишь при редких медицинских процедурах, например, гистерэктомии (удалении матки).

Существующие лабораторные модели, такие как плоские клеточные культуры или органоиды эндометрия, не способны воспроизвести сложное трёхмерное взаимодействие эмбриона с маткой.

Исследователи из Китайской академии наук решили изменить ситуацию и создали мини-матку на чипе — трёхмерную модель эндометрия, которая позволяет воспроизвести все ключевые этапы прикрепления эмбриона и раннего развития после имплантации в контролируемых условиях.

Для этого клетки эндометрия помещали в гель, где они сами формировали структуру, максимально близкую к естественной слизистой. Эта ткань, известная как эндометриоид, помещалась в микрофлюидный чип, который имитирует движение питательных веществ и жидкости, создавая условия, приближенные к матке. В результате ткани функционировали так же, как в организме, а не как в чашке Петри. Более того, клетки эндометрия для модели можно было получить из одной биопсии, а сама система также работала с клетками, собранными неинвазивно, например, из менструальной крови.

Когда искусственная слизистая оболочка матки была готова, команда поместила в чип два типа эмбрионов. Первый — настоящая человеческая бластоциста, состоящая из 100–200 быстро делящихся клеток. Второй — бластоиды, лабораторно созданные структуры из стволовых клеток, которые имитируют естественные бластоцисты. Их можно массово производить, сохраняя стабильные генетические свойства.

Эксперименты показали, что эмбрионы проходили полный цикл имплантации: соприкасались с тканью, закреплялись с помощью молекулярных сигналов и внедрялись в слизистую.

При использовании клеток женщин с неудачными процедурами ЭКО эмбрионы прикреплялись хуже, что отражает реальные клинические наблюдения. Кроме того, на чипе протестировали более 1000 одобренных FDA препаратов и выявили вещества, повышающие вероятность имплантации.

Разработка открывает новые возможности для изучения причин бесплодия, индивидуальной настройки методов ЭКО и тестирования лекарств в безопасных и этичных условиях. В будущем модель планируют доработать, добавив кровеносные сосуды и иммунные клетки, чтобы ещё точнее воспроизводить человеческую биологию.