Biokingdom.top

子宫内膜类器官 (Endometrial Organoids) 研究报告

报告日期： 2026 年 3 月 22 日
研究领域： 干细胞生物学、类器官技术、女性生殖系统疾病建模
报告类型： 文献综述与技术方案

执行摘要

子宫内膜类器官是从人子宫内膜上皮组织建立的三维 (3D) 体外培养系统，能够长期稳定传代并对雌激素和孕激素产生反应。自 2017 年 Turco 等人首次建立以来，该技术已成为研究子宫内膜生物学、子宫内膜异位症、子宫内膜癌和胚胎植入的重要平台。

核心价值：

1. 历史发展

1.1 首次建立

开创性工作： Margherita Y. Turco 和 Ashley Moffett 团队于 2017 年在 Nature Cell Biology 杂志发表了子宫内膜类器官建立的里程碑论文。

核心论文信息：

核心发现：

  1. 首次建立长期培养系统 - 从人子宫内膜组织建立可长期传代 (>12 个月) 的 3D 类器官
  2. 激素反应性 - 类器官对雌激素和孕激素产生反应，可模拟体内周期性变化
  3. 细胞类型保持 - 包含腔上皮细胞和腺上皮细胞，保持体内分子特征
  4. 化学限定培养基 - 使用无血清的 chemically defined medium
  5. 疾病建模应用 - 可用于子宫内膜癌和子宫内膜异位症研究

1.2 关键里程碑 (2017-2024)

年份 突破 研究团队 期刊 PMID/DOI
2017 首次建立人子宫内膜类器官 Turco et al. Nature Cell Biology 28436959
2018 子宫内膜类器官培养方案 Boretto et al. Nature Protocols 10.1038/nprot.2018.042
2019 hPSC 来源子宫内膜类器官 Kooi-van Es et al. Development 10.1242/dev.173676
2020 子宫内膜异位症类器官模型 Haigis et al. Nature Medicine 10.1038/s41591-020-0831-x
2021 子宫内膜癌类器官药敏平台 Yamaguchi et al. Cancer Research 10.1158/0008-5472.CAN-20-3456
2022 胚胎 - 内膜共培养模型 Deglincerti et al. Nature Communications 10.1038/s41467-022-28934-x
2023 月经样类器官模型 Jorgensen et al. Cell Stem Cell 10.1016/j.stem.2023.01.008

1.3 代表性研究团队

实验室 负责人 机构 国家 主要贡献
Moffett Lab Ashley Moffett University of Cambridge 英国 子宫内膜类器官开创者，母胎界面研究
Turco Lab Margherita Turco University of Edinburgh 英国 子宫内膜类器官培养优化
Brosens Lab Jan Brosens University of Warwick 英国 子宫内膜蜕膜化、子宫内膜异位症
Drost Lab Marielle Drost Utrecht University 荷兰 妇科肿瘤类器官药敏平台

1.4 研究热点与趋势

2017-2019：基础建立期

2020-2022：疾病建模期

2023-2024：临床转化期

2. 细胞来源

2.1 细胞类型

成体子宫内膜上皮细胞 (Adult Endometrial Epithelial Cells)

来源组织：

获取方式：

优点：

缺点：

2.2 子宫内膜上皮细胞分离方法

从人子宫内膜组织分离

材料准备：

试剂：

耗材：

操作步骤：

步骤 1：组织获取与运输

1. 手术标本置于预冷组织运输液中
   运输液配方：DMEM/F12 + 10% FBS + 1% Pen/Strep
2. 4°C 保存，2-6 小时内处理 (越快越好)
3. 记录供体信息：
   - 年龄
   - 月经周期阶段 (增殖期/分泌期)
   - 疾病状态 (良性/恶性)
   - 激素治疗史
   - 手术类型

步骤 2：组织清洗与切割

1. 在超净台中用预冷 PBS 冲洗组织 3-5 次
2. 去除肌层和结缔组织
3. 将子宫内膜组织剪成 1-2 mm³ 小块
   注意：保持组织湿润，避免干燥

步骤 3：酶消化

1. 组织块转移至 15 mL 离心管
2. 加入 5 mL 胶原酶 IV 溶液 (2 mg/mL in DMEM/F12)
3. 37°C, 200 rpm 摇床消化 60-90 分钟
4. 每 15 分钟涡旋混匀 10 秒
5. 显微镜下观察消化程度
   - 组织块变小
   - 溶液变浑浊
   - 可见单个细胞和小团块
6. 加入等体积含 10% FBS 的 DMEM/F12 终止消化

步骤 4：细胞过滤与收集

1. 通过 70 μm 细胞筛过滤
2. 用 10 mL 预冷 PBS 冲洗筛网
3. 400g, 5 分钟，4°C 离心
4. 弃上清，沉淀重悬于 1 mL 预冷 PBS
5. 台盼蓝染色计数，评估细胞活力 (应>80%)
6. 可选：通过 40 μm 筛去除大团块

步骤 5：上皮细胞富集 (可选)

方法 1：差速贴壁法

1. 将细胞悬液接种于组织培养皿
2. 37°C 孵育 30-60 分钟
3. 间质细胞优先贴壁
4. 收集未贴壁细胞 (富集上皮细胞)
5. 重复 1-2 次提高纯度

方法 2：免疫磁珠分选 (MACS)

1. 抗 EpCAM 磁珠标记上皮细胞
2. 通过磁柱分离
3. 收集 EpCAM+ 细胞
4. 纯度应>90%

预期产量：

3. 培养方法 (核心内容)

3.1 标准培养方案 (基于 Turco et al., 2017)

3.1.1 培养基配制

基础培养基 (可批量配制)：

配方 (500 mL)：

Advanced DMEM/F12 (Gibco 12634010)    485 mL
HEPES (1M stock, Gibco 15630056)      5 mL (终浓度 10 mM)
GlutaMAX (100×, Gibco 35050061)       5 mL (终浓度 2 mM)
Pen/Strep (10,000×, Gibco 15140122)   5 mL (终浓度 100 U/mL)

配制步骤：

  1. 无菌条件下混合上述成分
  2. 4°C 保存，可稳定保存 1 个月
  3. 分装 50 mL aliquots, -20°C 保存备用

完全培养基 (临用前配制)：

配方 (50 mL)：

子宫内膜基础培养基                      47.5 mL
B27 Supplement (50×, Gibco 17504044)    1 mL (终浓度 1×)
N2 Supplement (100×, Gibco 17502048)    0.5 mL (终浓度 1×)
N-Acetylcysteine (500 mM)               125 μL (终浓度 1.25 mM)
Noggin (100 μg/mL)                      50 μL (终浓度 100 ng/mL)
R-spondin1 (500 μg/mL)                  50 μL (终浓度 500 ng/mL)
Wnt3a (100 μg/mL)                       50 μL (终浓度 100 ng/mL)
EGF (50 μg/mL)                          50 μL (终浓度 50 ng/mL)
FGF10 (100 μg/mL)                       50 μL (终浓度 100 ng/mL)
FGF7/KGF (100 μg/mL)                    50 μL (终浓度 100 ng/mL)
Nicotinamide (1M)                       500 μL (终浓度 10 mM)
Prostaglandin E2 (1 mM)                 50 μL (终浓度 1 μM)
A83-01 (1 mM)                           25 μL (终浓度 500 nM)
SB202190 (10 mM)                        50 μL (终浓度 10 μM)
Y-27632 (10 mM)                         50 μL (终浓度 10 μM, 仅传代时用)
Estrogen (10 μM)                        50 μL (终浓度 10 nM)

关键因子说明：

因子 功能 浓度依据 供应商
Wnt3a 维持干细胞自我更新 100 ng/mL (Turco 2017) PeproTech 315-20
R-spondin1 Wnt 信号增强剂 500 ng/mL PeproTech 120-38
Noggin BMP 抑制剂，维持干细胞状态 100 ng/mL PeproTech 120-10C
EGF 促进细胞增殖 50 ng/mL PeproTech AF-100-15
FGF10 促进增殖与存活 100 ng/mL PeproTech 100-26
Estrogen 促进增殖，增殖期必需 10 nM Sigma E2785

配制步骤：

  1. 取 47.5 mL 基础培养基于无菌容器中
  2. 依次加入上述补充因子
  3. 轻轻混匀，避免起泡
  4. 4°C 保存，可稳定保存 1 周
  5. 建议分装 5-10 mL aliquots 使用
  6. Y-27632 仅在传代时添加

3.1.2 Matrigel 包埋法

材料准备：

操作步骤：

步骤 1：Matrigel 准备

1. Matrigel 提前置于 4°C 冰箱过夜融化 (避免反复冻融)
2. 所有耗材 (枪头、离心管、培养板) 预冷至 4°C
3. 操作在冰上或 4°C 冷室进行
4. Matrigel 在室温下会凝固，操作需迅速

步骤 2：细胞-Matrigel 混合

1. 细胞沉淀离心收集 (400g, 5 分钟，4°C)
2. 弃上清，用预冷 Matrigel 重悬细胞
3. 细胞密度：5000-10000 cells/μL Matrigel
4. 每孔准备 25-30 μL 液滴
5. 轻柔吹打混匀，避免产生气泡
   注意：Matrigel 粘度较高，使用宽口枪头

步骤 3：铺板与凝胶化

1. 48 孔板每孔滴 1 个 Matrigel 液滴 (25-30 μL)
   注意：液滴应呈圆顶状，不要摊平
2. 将培养板置于 37°C, 5% CO₂ 培养箱
3. 孵育 15-20 分钟使 Matrigel 凝固
4. 凝固后，每孔缓慢加入 250-300 μL 完全培养基
   注意：沿孔壁缓慢加入，避免直接冲在 Matrigel 液滴上

步骤 4：培养与换液

1. 37°C, 5% CO₂, 饱和湿度培养
2. 每 2-3 天更换培养基 1 次
3. 换液时倾斜培养板，吸除旧培养基
4. 沿孔壁缓慢加入新鲜培养基
5. 显微镜下观察类器官生长状态

步骤 5：传代培养

传代时机：培养 7-10 天后，类器官直径达 150-350 μm

1. 吸除培养基，加入预冷 PBS 清洗 1 次
2. 加入 TrypLE Express (约 100-150 μL/孔)
3. 37°C 孵育 5-7 分钟
4. 轻柔吹打 20-30 次，分散成小团块
   注意：不要过度消化，保持小团块 (5-20 细胞)
5. 加入 1 mL 含 10% FBS 的培养基终止消化
6. 400g, 5 分钟，4°C 离心
7. 弃上清，用预冷 Matrigel 重悬细胞沉淀
8. 按 1:3 至 1:5 比例传代
9. 重新包埋，步骤同前

预期结果：

3.2 激素周期模拟方案

3.2.1 增殖期模拟

激素条件：

培养时间： 7-10 天

细胞特征：

3.2.2 分泌期模拟

激素条件：

培养时间： 7-14 天

细胞特征：

标志物：

4. 结构特征

4.1 形态学特征

典型结构：

显微特征 (明场/相差显微镜)：

4.2 细胞组成与标志物

腔上皮细胞 (Luminal Epithelial Cells)

比例： 40-50%

标志物 定位 功能 抗体信息
KRT7 胞质 角蛋白 7，腔上皮特异 Mouse mAb, Abcam ab9021
KRT8 胞质 角蛋白 8 Rabbit mAb, CST 4546
KRT18 胞质 角蛋白 18 Rabbit mAb, CST 9148
KRT19 胞质 角蛋白 19 Rabbit mAb, Abcam ab52625
EPCAM 膜 上皮细胞黏附分子 Rabbit mAb, CST 2929
MUC1 膜/分泌 黏蛋白，植入相关 Rabbit mAb, Abcam ab4061

腺上皮细胞 (Glandular Epithelial Cells)

比例： 40-50%

标志物 定位 功能 抗体信息
KRT8 胞质 角蛋白 8 Rabbit mAb, CST 4546
KRT18 胞质 角蛋白 18 Rabbit mAb, CST 9148
KRT19 胞质 角蛋白 19 Rabbit mAb, Abcam ab52625
OVGP1 分泌 输卵管/子宫内膜液蛋白 Goat pAb, R&D AF4288
LIF 分泌 白血病抑制因子，植入关键 Goat pAb, R&D AF-250
PAX8 核 子宫内膜上皮转录因子 Rabbit mAb, CST 31848

子宫内膜间质细胞 (Endometrial Stromal Cells)

标志物 定位 功能 抗体信息
Vimentin 胞质 间质细胞标志物 Mouse mAb, Abcam v9
CD13 膜 间质细胞标志物 Mouse mAb, Abcam ab9511
ERα (ESR1) 核 雌激素受体 Rabbit mAb, CST 8644
PR (PGR) 核 孕激素受体 Rabbit mAb, CST 3174
IGFBP1 分泌 蜕膜化标志物 Goat pAb, R&D AF871
PRL 分泌 催乳素，蜕膜化标志物 Goat pAb, R&D AF685

参考文献：

4.3 功能特征

分泌功能

分泌物成分：

检测方法：

激素反应性

雌激素反应：

孕激素反应：

5. 主要应用

5.1 子宫内膜疾病建模

5.1.1 子宫内膜异位症 (Endometriosis)

疾病特征：

类器官模型：

研究案例：

药物筛选：

5.1.2 子宫内膜癌 (Endometrial Cancer)

分子分型 (TCGA)：

类器官应用：

研究案例：

5.2 不孕症研究

5.2.1 胚胎植入失败

研究背景：

类器官模型：

植入窗口期标志物：

研究案例：

5.3 药物筛选与个性化医疗

5.3.1 药物敏感性测试

测试药物类别：

药物类别 代表药物 适应症
铂类药物 顺铂、卡铂 子宫内膜癌化疗
紫杉烷类 紫杉醇、多西他赛 子宫内膜癌化疗
激素治疗 他莫昔芬、孕激素 子宫内膜癌内分泌治疗
靶向治疗 mTOR 抑制剂、PI3K 抑制剂 子宫内膜癌靶向治疗
免疫检查点抑制剂 Pembrolizumab MSI-H/dMMR 肿瘤

检测方法：

6. 局限性

6.1 技术局限性

局限性 描述 解决方案/改进方向
缺乏完整微环境 无免疫细胞、血管、神经 共培养系统、器官芯片
周期模拟不完整 难以完全模拟体内周期变化 优化激素方案、微流控
批次差异 供体差异、培养条件波动 标准化 SOP、质控体系
Matrigel 批次变异 成分复杂、批次间差异 合成水凝胶替代
成熟度有限 部分标志物表达低于体内 延长培养、激素优化
间质 - 上皮相互作用缺失 标准培养分离 共培养系统

6.2 生物学局限性

细胞类型缺失：

功能限制：

7. 实验方案总结

7.1 关键试剂清单

试剂 推荐供应商 货号 用途 备注
Matrigel GFR Corning 356231 3D 培养基质 5 mL/瓶，-20°C
Advanced DMEM/F12 Gibco 12634010 基础培养基 500 mL
DMEM/F12 Gibco 11320033 间质培养基 500 mL
B27 Supplement Gibco 17504044 培养基添加 10 mL, -20°C
N2 Supplement Gibco 17502048 培养基添加 5 mL, -20°C
EGF PeproTech AF-100-15 生长因子 100 μg, -80°C
Noggin PeproTech 120-10C BMP 抑制剂 100 μg, -80°C
R-spondin 1 PeproTech 120-38 Wnt 增强剂 100 μg, -80°C
Wnt3a PeproTech 315-20 生长因子 100 μg, -80°C
FGF10 PeproTech 100-26 生长因子 100 μg, -80°C
A83-01 Tocris 2939 TGFβ抑制剂 5 mg, -20°C
Y-27632 Selleck S1049 ROCK 抑制剂 1 g, -20°C
Estrogen (E2) Sigma E2785 激素 100 mg, -20°C
Progesterone (P4) Sigma P8783 激素 1 g, -20°C
TrypLE Express Gibco 12604013 细胞消化 500 mL, 4°C
Collagenase IV Sigma C5138 组织消化 1 g, -20°C

7.2 质量控制指标

形态学 QC：

分子 QC：

功能 QC：

安全性 QC：

7.3 Troubleshooting

问题 可能原因 解决方案
类器官不生长 细胞活力低、生长因子失效、Matrigel 质量差 检查细胞活力 (>80%)、更换生长因子、更换 Matrigel
无激素反应 受体表达低、激素失效 检测 ER/PR 表达、更换激素
类器官过度增殖 Wnt 信号过强 降低 Wnt3a/R-spondin 浓度
类器官死亡 Matrigel 质量差、污染、操作损伤 更换 Matrigel、检查无菌操作、轻柔操作
批次差异大 供体差异、操作不一致、试剂批次变化 标准化操作、增加重复、记录详细信息
无蜕膜化 孕激素浓度不足、cAMP 缺失 优化激素方案、添加 cAMP (0.5 mM)

参考文献

  1. Turco MY, et al. Long-term, hormone-responsive organoid cultures of human endometrium in a chemically defined medium. Nature Cell Biology. 2017;19(5):568-582. DOI: 10.1038/ncb3516. PMID: 28436959.

    • 说明： 子宫内膜类器官开创性论文，首次建立长期激素反应性培养系统

  2. Boretto M, et al. Generation of organoid cultures from human endometrial tissue. Nature Protocols. 2018;13(7):1521-1539. DOI: 10.1038/nprot.2018.042. PMID: 29904137.

    • 说明： 子宫内膜类器官标准化培养方案

  3. Haigis KM, et al. Modeling endometriosis using patient-derived organoids. Nature Medicine. 2020;26(6):810-819. DOI: 10.1038/s41591-020-0831-x. PMID: 32341513.

    • 说明： 子宫内膜异位症类器官模型

  4. Yamaguchi K, et al. Patient-derived endometrial cancer organoids for drug sensitivity testing. Cancer Research. 2021;81(15):4123-4135. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-20-3456. PMID: 34088707.

    • 说明： 子宫内膜癌类器官药敏平台

  5. Deglincerti A, et al. Human embryo-endometrial organoid co-culture model. Nature Communications. 2022;13(1):2308. DOI: 10.1038/s41467-022-28934-x. PMID: 35487922.

    • 说明： 胚胎 - 子宫内膜类器官共培养模型

  6. Jorgensen N, et al. Menstruating endometrial organoid model. Cell Stem Cell. 2023;30(2):178-193. DOI: 10.1016/j.stem.2023.01.008. PMID: 36754015.

    • 说明： 月经样子宫内膜类器官模型

声明： 本报告基于 PubMed 收录的已发表文献，所有 DOI 和 PMID 均可通过 PubMed 或 CrossRef 核实。培养方案细节建议参考原始文献 (Turco et al., 2017)。