看到胚胎着床的三维影像
环球科学约 4 分钟图片来源：Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC)
撰文 | 温贝托·巴西利奥（Humberto Basilio）
翻译 | 张宇哲
近期，研究人员实时捕捉到了人类胚胎植入合成子宫组织的早期三维图像和视频，揭示了生殖过程中至关重要的一步。这一小段影像生动展现了胚胎如何通过推、拉等行为将自己固定在子宫壁上。他们表示，这项发现有望改进体外受精技术。
目前，这项研究已发表于《科学·进展》（Science Advances），西班牙巴塞罗那科学与技术研究所的生物工程师塞缪尔·奥霍斯内格罗斯 （Samuel Ojosnegros）是论文的共同作者。他表示，“这项发现将有助于开发针对受精卵着床过程的相关疗法。这也是人类生殖中的最大障碍。”
在人工受精五天后，医生会将受精卵移植到备孕女性的子宫以便其继续发育。奥霍斯内格罗斯也是生物技术公司Serabiotics的联合创始人，他坦言：“从移植到第一次超声检查之间的数周内，发生的事情至今仍然未知。”移植失败是导致不孕的一个重要原因，高达60%的流产就发生在这个阶段。
2016年，科学家首次在实验室培养皿中，成功让人类胚胎存活到了子宫植入之后的时期。不过，奥霍斯内格罗斯和同事希望在更接近子宫的三维组织中，观察胚胎着床的过程。
为此，他们设计了一种由凝胶和胶原蛋白（子宫内膜上的一种蛋白质）组成的特殊基质，并引入了人工受精的胚胎。这些胚胎由完成过一次辅助生殖的志愿者捐赠。奥霍斯内格罗斯解释称，他们设计的基质能促进胚胎着床，因为胶原纤维组成的网格结构可以在分子水平上，向胚胎发送预期的植入位置和组织信息。
研究人员使用先进的三维显微镜记录了胚胎体外着床的整个过程。通过追踪基质中纤维的细微运动，他们精确绘制了胚胎在周围组织中施加的牵引力和相关位置。紧接着，他们利用小鼠胚胎进行了对比实验。
拍摄的视频显示，人类胚胎会建立一个由微小拉力构成的网络，这些力会以波的形式在基质中扩散。通过形成多个微小的牵引力点，这些胚胎会从不同方向拉扯基质，并钻入其中。相比之下，小鼠胚胎仅会沿基质表面扩展，主要由两到三条拉力较强的胶原纤维进行牵引。
当研究人员使用微型镊子对基质施加外力时，胚胎会重新定向并进行移动。研究人员推测，人类子宫内的微收缩可能会引导胚胎朝最佳的着床位置移动。奥霍斯内格罗斯解释称，“我们认为胚胎会利用这些微收缩，到达血管和营养物质所在的位置，”不过仍需更多的研究来验证这个假设。
在小鼠和人类胚胎实验中，牵引力的强度和模式与胚胎能否成功发育密切相关，这意味着牵引力弱的胚胎将难以成功着床。比利时布鲁塞尔自由大学的发育生物学家克劳迪娅·斯皮茨（Claudia Spits，未参与上述研究）表示，相较于以往在二维层面对胚胎的观测，这次在三维组织中对胚胎着床过程的实时观察是一项“质的飞跃”。她解释称，在这些实验中维持胚胎活性是一项极大的挑战，“我们在10秒钟的视频中看到的适合胚胎生存的培养环境，需要研究人员花费数年时间去营造。”
美国加州理工学院的发育生物学家玛格达莱娜·策尼茨卡-戈茨（Magdalena Żernicka-Goetz，未参与上述研究）认为，“这项研究为我们以前所未有的精度探索胚胎的着床动力学，奠定了重要基础。”相关数据也将加入有关人类胚胎着床后研究的数据库中，这个数据库在过去9年间不断增长。“对于理解人类长期处于未知状态的发育过程而言，这些研究让我们迈出了令人激动的一步。”不过，策尼茨卡-戈茨同时也指出，未来的研究还需要在不同的“类子宫”基质中观察胚胎着床过程，以确认胚胎的发育行为是否一致。
奥霍斯内格罗斯的团队开发基质并非想应用于体外受精过程，不过它或许可以成为制药公司和实验室测试的有力工具。奥霍斯内格罗斯表示，“通过认识胚胎行为，在未来筛选健康或者可以定植的胚胎时，我们将能考虑更多可能。”考虑到其他实验室在复现这项技术上仍可能存在重大挑战，斯皮茨对这种说法持怀疑态度，不过她也承认这项成果是“里程碑式的一步”。一旦其他实验室可以复现三维的着床过程，那这项技术将有望在未来获得更多应用。
本文选自《环球科学》2025年10月刊“前沿”栏目。
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