نخستین چاپ سه‌بعدی جفت جنین در آزمایشگاه

باشگاه خبرنگاران جوان - جفت جنین یک ارگان منحصر‌به‌فرد است که تنها در دوران بارداری وجود دارد. این ارگان با سرعتی شبیه به تومور رشد می‌کند و برای رشد هر نوزادی ضروری است، اما ما هنوز جزئیات کلیدی در مورد نحوه فرگشت (تکامل) آن را نمی‌دانیم.

مطالعه جفت در دوران بارداری دشوار است، زیرا نمونه‌برداری خطر عفونت یا سقط جنین را به همراه دارد. همچنین بافت جفت پس از تولد، بسیار متفاوت از شکل اولیه آن است. جفت حیوانات اغلب با جفت انسان متفاوت است، بنابراین مطالعه آن در حیوانات کاربرد محدودی دارد. دانشمندان همچنان در مورد مراحل اولیه و حیاتی رشد جفت، سوالات بسیاری دارند.

به نقل از ساینس‌آلرت، دانشمندان در مطالعاتی جدید، برای اولین بار جفت‌های مینیاتوری مصنوعی سه‌بعدی چاپ شده‌ای را توسعه دادند. این «اندام‌واره‌های جفتی» یا «ارگانوئید‌های جفتی» (placental organoids)، پیشرفتی نسبت به تلاش‌های قبلی هستند و رویکرد‌های جدیدی را برای مطالعه بارداری و عوارضی مانند «پره‌اکلامپسی» (preeclampsia) در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند.

این مطالعه به سرپرستی «کلر ریچاردز» (Claire Richards) مدرس زیست‌فناوری و «لانا مک‌کلمنتس» (Lana McClements) دانشیار و همکار ارشد بنیاد قلب در «دانشگاه فناوری سیدنی» (University of Technology Sydney) انجام شده است.

اندام‌های کوچک در آزمایشگاه

«ارگانوئیدها» که برای اولین بار در سال ۲۰۰۹ مطرح شدند، یک پیشرفت بزرگ در مطالعات پزشکی بودند. دانشمندان از آن زمان، «ارگانوئیدهایی» را از طیف وسیعی از اندام‌های انسانی با استفاده از سلول‌های بنیادی و قرار دادن آنها در ژل رشد داده‌اند. این ژل، بافت حمایتی سلول‌ها را تقلید می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد تا با رشد و تقسیم، خوشه‌هایی را تشکیل دهند. اولین «ارگانوئیدهای» جفتی در سال ۲۰۱۸، از «تروفوبلاست‌ها» (trophoblasts) که نوعی سلول در تشکیل جفت است، رشد داده شدند.

ارگانوئید‌های معلق در ژل 

پژوهشگران از «ارگانوئید‌های جفتی» برای کشف فرآیند‌های پنهان بارداری اولیه با تقلید کردن آنها در ظرف آزمایشگاهی استفاده کردند. با این حال، بیشتر این مطالعات به ژل‌های حیوانی متکی است که نمی‌توانند برای بازتاب محیط رشد جفت واقعی تغییر یابند. همچنین، معلق کردن دستی سلول‌ها در ژل، ساخت تعداد زیادی «ارگانوئید» را دشوار می‌کند.

چاپ سه‌بعدی جفت‌ها

«زیست‌چاپ» (Bioprinting)، یک فناوری چاپ سه‌بعدی است که از سلول‌های زنده و مواد سازگار با سلول برای ایجاد ساختار‌های سه‌بعدی استفاده می‌کند.

دانشمندان سلول‌های «تروفوبلاست» را از جفت با یک ژل مصنوعی و قابل کنترل مخلوط کردند و آنها را به صورت قطرات دقیق در یک ظرف کشت، به شکل سه‌بعدی چاپ کردند. سلول‌های چاپ شده به شکل «ارگانوئید‌های جفتی» رشد کردند و با «ارگانوئیدهای» ساخته شده با روش‌های دستی موجود مقایسه شدند.

فناوری چاپ‌زیستی به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا دقیقاً در یک ساختار سه‌بعدی قرار گیرند. 

دانشمندان، «ارگانوئیدهایی» را در ژل زیست‌چاپی توسعه دادند که از آنهایی که در ژل حیوانی رشد داده شده بودند، متفاوت بود. آنها تعداد متفاوتی از زیرگونه‌های سلولی را تشکیل دادند. این امر نشان می‌دهد که محیطی که «ارگانوئیدها» در آن رشد می‌کنند می‌تواند نحوه بلوغ آنها را کنترل کند. این «ارگانوئیدها»، شباهت زیادی به بافت جفت انسان داشتند و یک مدل دقیق از جفت اولیه را ارائه می‌دهند.

پژوهشگران توانستند با خارج کردن «ارگانوئیدهای» جوان از ژل و اجازه دادن به آنها برای شناور شدن در غذای مایع خود، نحوه سازماندهی سلول‌ها را تغییر دهند. رشد «ارگانوئید‌های جفتی» راه جدیدی را برای آنها ایجاد می‌کند تا فرآیند‌های حیاتی در بارداری اولیه را مطالعه کنند.

اهمیت درک جفت

عوارض بارداری تنها در سال ۲۰۲۳، منجر به مرگ بیش از ۲۶۰ هزار مادر و تلفات میلیون‌ها نوزاد در سراسر جهان شد. یکی از عوارض جدی در بارداری که با اختلال عملکرد جفت مرتبط است، «پره‌اکلامپسی» است که ۵ تا ۸ درصد از بارداری‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد. این بیماری باعث فشار خون بالا می‌شود و می‌تواند به اندام‌ها آسیب برساند. همچنین می‌تواند منجر به زایمان زودرس و خطرات جدی برای سلامتی مادر و نوزاد شود.

این بیماری خطر ابتلا به مشکلات سلامتی طولانی‌مدت مانند بیماری قلبی، دیابت و بیماری کلیوی را در مادر افزایش می‌دهد و در حال حاضر، هیچ درمانی به جز زایمان وجود ندارد، زیرا دانشمندان هنوز به طور کامل نمی‌دانند چه چیزی باعث آن می‌شود.

این بیماری با عواملی مانند نژاد، سن، چاقی، فشار خون بالا، دیابت، اختلالات خودایمنی و استفاده از روش‌های کمک باروری مزتبط است. زنان گاهی اوقات می‌توانند با مصرف دوز‌های پایین آسپرین از اوایل بارداری از این امر جلوگیری کنند، اما دانشمندان هنوز راه موثری را برای جلوگیری از همه موارد پیدا نکرده‌اند.

اگر «پره‌اکلامپسی» ایجاد شود، چند گزینه دارویی برای درمان تغییرات فشار خون در دسترس است، اما تنها درمان، زایمان نوزاد است. این بیماری اغلب منجر به تولد نارس و چالش‌های آن می‌شود.

فواید جفت‌های مینیاتوری

پژوهشگران می‌توانند با استفاده از «ارگانوئید‌های جفتی»، معمای عوارض بارداری را حل کنند و دارو‌های جدیدی را آزمایش کنند.

«ارگانوئیدهای» زیست‌چاپی در این مطالعه می‌توانند برای درک بهتر بارداری با استفاده از ابزار‌هایی برای ویرایش ژن‌ها در سلول‌ها و کشف عوامل مهم در این فرآیند، گسترش یابند. همچنین می‌توان از آنها می‌توان برای مطالعه عفونت‌ها و آزمایش دارو‌ها برای ایمنی و اثربخشی در مقیاس بزرگ استفاده کرد.

فناوری «زیست‌چاپ»، دقت و تکرارپذیری را بهبود می‌بخشد. همچنین، نیاز به حیوانات در مطالعات را کاهش می‌دهد. این مطالعه ما را به آینده‌ای نزدیک می‌کند که در آن عوارض بارداری می‌توانند قبل از اینکه جان افراد را به خطر اندازند، پیش‌بینی، پیشگیری و درمان شوند.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

منبع: ایسنا