迷你胎盤在實(shí)驗(yàn)室中 3D 打印，世界首創(chuàng)

胎盤是一種獨(dú)特的器官，只在懷孕期間存在，以類似腫瘤的速度生長(zhǎng)到一個(gè)小餐盤大小。胎盤對(duì)每個(gè)嬰兒的成長(zhǎng)都至關(guān)重要，但我們?nèi)鄙儆嘘P(guān)胎盤如何發(fā)育的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。

在懷孕期間研究胎盤很困難，因?yàn)椴杉瘶颖究赡軙?huì)引入感染或引發(fā)流產(chǎn)。而且出生后的胎盤組織與其早期形式有很大不同。

動(dòng)物胎盤通常與人類胎盤不同，因此研究它們的用處有限。懷孕研究人員對(duì)胎盤發(fā)育的關(guān)鍵早期階段一無(wú)所知。

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在新研究今天發(fā)表于自然通訊，我們報(bào)告了第一個(gè) 3D 打印的人造迷你胎盤。這些“胎盤類器官“是對(duì)早期努力的進(jìn)步，將為科學(xué)家提供研究懷孕和揭示先兆子癇等并發(fā)癥的新方法。

實(shí)驗(yàn)室中的微小器官

首次描述在2009，類器官是醫(yī)學(xué)研究的突破。

從那時(shí)起，科學(xué)家們通過(guò)服用干細(xì)胞并將它們放入凝膠中，就像懸浮在果凍中的糖屑一樣。這種凝膠模仿細(xì)胞被支撐的組織，并允許它們?cè)谏L(zhǎng)和分裂時(shí)形成簇。

2018年，首屆胎盤的類器官是由滋養(yǎng)層生長(zhǎng)而來(lái)的——一種僅在胎盤中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞。研究人員一直在使用胎盤類器官來(lái)發(fā)現(xiàn)隱藏的流程通過(guò)將它們復(fù)制到盤子中來(lái)懷孕早期。

然而，這項(xiàng)研究大多依賴于動(dòng)物源性凝膠，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行修改以反映真實(shí)胎盤的生長(zhǎng)環(huán)境。此外，手動(dòng)將細(xì)胞懸浮在凝膠中使得難以產(chǎn)生許多類器官。

3D打印胎盤

生物打印是一種 3D 打印技術(shù)，它使用活細(xì)胞和細(xì)胞友好材料來(lái)創(chuàng)建 3D 結(jié)構(gòu)。我們將胎盤中的滋養(yǎng)層細(xì)胞與合成的、可控的凝膠混合，并將它們以精確的液滴形式 3D 打印到培養(yǎng)皿中，就像噴墨辦公打印機(jī)一樣。

我們的打印細(xì)胞長(zhǎng)成胎盤類器官，我們將它們與用現(xiàn)有手動(dòng)方法制成的類器官進(jìn)行了比較。

我們?cè)谏锎蛴∧z中生長(zhǎng)的類器官與在動(dòng)物源性凝膠中生長(zhǎng)的類器官發(fā)育不同，并形成了不同數(shù)量的細(xì)胞亞型。這突顯了類器官生長(zhǎng)的環(huán)境可以控制它們的成熟方式。

這些類器官與人類胎盤組織非常相似，提供了早期胎盤的準(zhǔn)確模型。我們可以通過(guò)將年輕的類器官?gòu)哪z中取出并讓它們漂浮在液體食物中來(lái)改變細(xì)胞的組織方式。

胎盤類器官的生長(zhǎng)為研究人員研究妊娠早期的關(guān)鍵過(guò)程、揭示先兆子癇等嚴(yán)重疾病的原因并尋找新的治療方法創(chuàng)造了一種新方法。

為什么了解胎盤如此重要

2023年，妊娠并發(fā)癥導(dǎo)致260,000 名孕產(chǎn)婦死亡和全球數(shù)百萬(wàn)嬰兒流失.

與胎盤功能障礙相關(guān)的一種嚴(yán)重妊娠并發(fā)癥是先兆子癇，它影響了 5-8% 的妊娠。它會(huì)導(dǎo)致高血壓并損害器官，通常幾乎沒有警告。

先兆子癇會(huì)導(dǎo)致早產(chǎn)，并給母親和嬰兒帶來(lái)嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)。它還增加了母親患心臟病等長(zhǎng)期健康問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，糖尿病和腎臟疾病。

目前，除了分娩之外沒有治愈方法，因?yàn)槲覀內(nèi)匀徊煌耆私馐鞘裁丛蛟斐傻摹?/p>

風(fēng)險(xiǎn)因素，例如比賽、年齡、肥胖、現(xiàn)有高血壓、糖尿病、自身免疫性疾病和輔助生殖療法的使用可以識(shí)別更容易患先兆子癇的女性。女性有時(shí)可以通過(guò)從懷孕早期開始服用低劑量的阿司匹林來(lái)預(yù)防這種情況，但研究人員尚未找到預(yù)防所有病例的有效方法。

如果出現(xiàn)先兆子癇，有幾種藥物可供選擇來(lái)治療血壓變化，但唯一的治療方法是分娩。這通常會(huì)導(dǎo)致早產(chǎn)和早產(chǎn)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

迷你胎盤如何提供更好的幫助

有了胎盤類器官，我們可以開始拼湊妊娠并發(fā)癥的謎題，安全地測(cè)試新藥。例如，我們將生物打印的類器官暴露于在患有先兆子癇的女性中發(fā)現(xiàn)的高水平免疫信號(hào)，然后測(cè)試潛在的治療方法，以了解類器官的生長(zhǎng)和反應(yīng)。

在此基礎(chǔ)上，可以使用以下工具擴(kuò)展生物打印類器官以更好地了解懷孕CRISPR的編輯細(xì)胞中的基因并發(fā)現(xiàn)其中的重要參與者精心編排的過(guò)程.它們可用于研究感染并大規(guī)模測(cè)試藥物的安全性和有效性。

生物打印提高了準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，并減少了研究中對(duì)動(dòng)物的需求——無(wú)論是采購(gòu)材料還是藥物測(cè)試。雖然一些動(dòng)物研究仍然用于在整個(gè)活體中進(jìn)行測(cè)試，但這是邁向無(wú)動(dòng)物研究的重要一步。

隨著我們完善這些模型，我們更接近一個(gè)可以在妊娠并發(fā)癥危及生命之前預(yù)測(cè)、預(yù)防和治療妊娠并發(fā)癥的未來(lái)。

克萊爾·理查茲， 生物技術(shù)講師，悉尼科技大學(xué)和拉娜·麥克萊門茨，副教授兼心臟基金會(huì)未來(lái)領(lǐng)袖研究員，悉尼科技大學(xué)

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