Беременность — чрезвычайно сложный биологический процесс, детали раннего развития которого до сих пор остаются малоизученными. Изучение начальных стадий формирования плаценты имеет решающее значение, поскольку именно её функционирование обеспечивает нормальный рост плода и напрямую определяет течение беременности.
Существующие препятствия
Процедурный риск: Получение образцов тканей на ранних сроках беременности сопряжено с высоким риском и является этически неприемлемым.
Дефицит информации: Послеродовая (зрелая) плацента не отражает особенности ранних патологических процессов.
Видовые различия: Животные модели, несмотря на определённые преимущества, не позволяют точно воспроизводить осложнения беременности из-за существенных межвидовых различий.
Создание органоидов плаценты является эффективным способом преодоления этих ограничений и представляет собой этичную, контролируемую и высоковоспроизводимую исследовательскую платформу.
Как была создана мини-плацента
Учёные использовали инновационное сочетание 3D-биопечати и синтетической матрицы для культивирования клеток плаценты. Полученные структуры успешно имитируют ранние стадии развития плаценты в лабораторных условиях. Главным преимуществом синтетической матрицы на основе полиэтиленгликоля (PEG) является то, что, в отличие от гелей животного происхождения, она создаёт стабильную и строго контролируемую среду. Результаты исследования, описывающего это прорывное открытие, опубликованы в журнале Nature Communications.
Под руководством доцента Ланы МакКлеменс и доктора Клэр Ричардс (Университет технологий Сиднея, UTS) исследовательская группа использовала синтетическую матрицу, имитирующую условия матки. В исследовании применялись клетки плаценты первого триместра — трофобластная клеточная линия (ACH-3P). С помощью 3D-биопечати из этих клеток были созданы органоиды, содержащие три основных типа клеток плаценты: Цитотрофобласты, Экстравиллезные трофобласты (EVT), Синцитиотрофобласты (STB).
Важно отметить, что сама матрица (гелеобразный каркас) активно влияла на развитие клеток: синтетическая матрица способствовала формированию экстравиллезных трофобластов — клеток, ответственных за имплантацию плаценты в стенку матки, в то время как гели животного происхождения преимущественно стимулировали образование синцитиотрофобластов, обеспечивающих метаболические функции.
Кроме того, исследователям удалось воссоздать динамическую архитектуру плаценты: извлечение органоидов из матрицы и помещение их в суспензию (жидкую среду) вызывало изменение клеточной полярности, что способствовало формированию синцитиотрофобластов на внешней поверхности ранней плаценты.
Молекулярная точность и медицинский потенциал
Глубокий анализ клеток и белков (протеомные и транскриптомные исследования) подтвердил, что искусственно созданные органоиды на молекулярном уровне идентичны настоящей ранней материнско-плодной ткани. Благодаря этой точности модель воспроизводит экспрессию ключевых генов плаценты, включая металлотионеин 2A (MT2A) — белок, необходимый для защиты плода от токсинов и регуляции течения беременности. Кроме того, модель позволяет чётко идентифицировать клеточные популяции и стадии их созревания.
Химические и физические свойства синтетической PEG-матрицы можно изменять, что позволяет точно моделировать различные состояния матки, включая изменение жёсткости тканей при беременности или патологиях.
Технология биопечати обеспечивает автоматическую и точную сборку клеток и матрицы, делая модели идентичными и многократно воспроизводимыми. Это свойство имеет решающее значение для будущего масштабного тестирования лекарственных средств и позволит существенно улучшить методы прогнозирования, профилактики и лечения осложнений беременности — таких как преэклампсия, самопроизвольный аборт и задержка роста плода.
В дальнейшем исследователи планируют усовершенствовать модель, добавив материнские иммунные и стромальные (соединительнотканные) клетки для более точного воспроизведения различных стадий беременности. Изменяя жёсткость и химические сигналы матрицы, учёные смогут изучить влияние физической среды на здоровье плаценты.
Эта многофункциональная модель открывает уникальную возможность изучения одной из важнейших, но ранее труднодоступных стадий человеческой жизни.
Источник: nature
