Категории
Сменить пароль!
Сброс пароля!
Группа австралийских ученых из Университета Сиднея, используя 3D-принтер, впервые в мире смогла создать (1) мини-плаценты. Крошечные органоиды планируется использовать для изучения осложнений беременности.
Коротко:
Идея печати мини-версий органов (органоидов) с помощью 3D-принтера не нова, но создать таким способом плаценту до сих пор не удавалось. Теперь ученым открыты возможности исследования, например, причин преэклампсии. А также – оценки влияния лекарственных препаратов на саму плаценту и плод
Как и зачем создают мини-органоиды?
Сама концепция биопечати была представлена еще в 1988 году, а в 1999-м в Университете регенеративной медицины Wake Forest перешли от теории к практике. Там смогли напечатать первый искусственный орган. Тогда исследователи создали (2) таким образом каркас для человеческого мочевого пузыря, который в дальнейшем был заселен человеческими клетками, а потом пересажен пациенту. Исследования показали, что орган сохранял жизнеспособность в течение многих лет – в дальнейшем эта технология помогла получить новый мочевой пузырь и другим пациентам.
В дальнейшем появилась возможность печатать бескаркасные органы, а также сформировалась концепция органоидов – миниатюрных органов, способных частично выполнять функции органов полноценных. Органоиды начали использовать (3) для изучения действия лекарств, выявления и оценки побочных эффектов препаратов, моделирования развития разных заболеваний, например, болезни Альцгеймера. Первоначально их выращивали в лабораторных условиях из стволовых клеток, но со временем начали создавать и с помощью трехмерной биопечати.
Полностью заменить большой орган органоиды неспособны, но исследования с их использованием позволяют получать достаточно неплохие результаты и адекватную оценку. Ученые уже выращивали в мини-формате в чашках Петри мозг (4), почку (5), сердце (6) и даже мужские яички, способные продуцировать сперму, но создать плаценту до сих пор не удавалось.
Изображение: Микроскопическое изображение органоида плаценты (мини-плаценты). Автор: Изображения получены в Центре микробиологической визуализации Технологического университета Сиднея доктором Клэр Ричардс
Зачем вообще нужны мини-плаценты?
Невынашивание, а также осложнения беременности, например, преэклампсия, угрожающая жизни и матери, и ребенка, встречаются чаще, чем можно представить. Причины их появления до сих пор не всегда ясны, а последствия угрожающе серьезны.
Выявление факторов, которые ведут к преэклампсии и другим проблемам, возникающим на разных стадиях беременности – это ключ к разработке методов своевременной диагностики, профилактики и, при необходимости, терапии. Несмотря на то, что в арсенале врачей сегодня есть несколько эффективных подходов, назвать их универсальными пока невозможно – множество случаев до сих пор остаются для медиков загадкой.
Необходимость в создании мини-вариантов плаценты и использовании таких органоидов в работе стоит достаточно остро. Плаценты животных не слишком подходят для лабораторных исследований, а забор образцов клеток и тканей у пациенток достаточно проблематичен. Для эксперимента больше всего подходят ткани плаценты, взятые в первом триместре беременности, но взятие такого биоматериала сопряжено с рисками для женщины и будущего ребенка, а потому не очень распространено. Свойства тканей плаценты на поздних этапах беременности и после родов серьезно отличаются от особенностей, характерных для начальных этапов беременности, а потому послеродовой материал для исследований подходит далеко не всегда.
В чем сложности с мини-плацентами?
В 2018 году попытки создать мини-плаценты уже предпринимались (7). Тогда для этих целей использовались трофобласты – клетки, которые присутствуют только в тканях плаценты. Их выращивали в геле в лабораторных условиях. Полученные результаты исследований, как считают ученые, хоть и имели научную ценность, но все же не до конца отражали реальную ситуацию. Проблемой оказалось и то, что основу для выращивания составлял матригель животного происхождения с непостоянным составом. Отсутствие стабильного состава влияло на конечный результат, смазывало результаты исследований и мешало воспроизводимости.
В 2024 году также проводились эксперименты с мини-плацентами. Тогда клетки органоидов заражали возбудителями малярии, токсоплазмоза и листериоза, а затем следили за происходящими изменениями. Это позволило понять, как именно инфекции влияют на плаценту, и каким образом такое влияние может сказаться на ходе беременности.
Еще один подход, который также применяется в экспериментальной биологии – так называемые органы-на-чипе. Это крошечная система микроканалов, имитирующая движение жидкостей в том или ином органе. В российском институте Кулакова с помощью микрофлюидных технологий создали (8) плаценту-на-чипе, которую использовали для изучения процессов, ведущих к преэклампсии.
Почему именно 3D-плаценты стали прорывом?
Трехмерная печать позволила создать более совершенные органоиды, как структурно, так и функционально сильнее походившие на настоящую человеческую плаценту. Гель, который использовался при печати, имел меньшую дозу животных клеток. Его основу составлял гель из полиэтиленгликоля, состав которого был постоянен и стабилен.
Сходство в строении означало, что и все те процессы, которые будут происходить в мини-плацентах, будут больше походить на то, что в действительности происходит в человеческом организме. Биопечать позволила создать более точные копии, а также обеспечить воспроизводимость, что важно для длительных экспериментов.
Авторы провели ряд исследований, например, подвергали органоиды действию соединений, высокий уровень которых обнаруживается у женщин в период преэклампсии, следили за изменениями, которые происходят с клетками, а также оценивали действие ряда препаратов. Объектами исследования стали два популярных лекарства – аспирин и метформин, которые широко применяются в клинической практике. Авторы заключили, что ни одно из этих лекарств не оказывает на плаценту (по крайней мере в мини-формате) существенного влияния, а значит может считаться безопасным даже на ранних сроках беременности.
Напечатанные органы не были лишены несовершенств: ученые выяснили, что жизнеспособность клеток, находившихся в синтетическом матриксе, была ниже, чем в матригеле животного происхождения. Предполагается, что причина может скрываться в малозаметных механических повреждениях клеток при биопечати – в перспективе авторы постараются устранить эту проблему. В планах – также изучать влияние инфекционных агентов, а также наблюдать за тем, как на состояние и развитие плаценты влияют лекарства, нехватка кислорода и другие факторы.
Источники:
1. С помощью 3D-принтера впервые были созданы мини-плаценты
4. Органоидный интеллект: обучение лабораторно-выращенных мини-мозгов
5. Ученые вырастили в лаборатории мини-почку
6. Ученые создали из стволовых клеток модель сердца на раннем этапе развития
7. Моделирование мини-беременностей in vitro с учетом клинических перспектив
Ксения Скрыпник, кандидат биологических наук
Комментарии (0)