به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، چند لحظه پس از تولد، نوزاد اولین نفس را می‌کشد زیرا جفت که در دوران بارداری به عنوان ریه‌های جنین عمل کرده است، مسئولیت را به اندام‌های خود کودک منتقل می‌کند. با این حال، برای بیمارانی که با فتق دیافراگم مادرزادی (CDH) متولد می‌شوند، یک بیماری نادر که در آن دیافراگم بسته نمی‌شود و باعث اختلال در رشد ریه می‌شود، ورود به دنیا خطرناک‌تر است. سی درصد از نوزادان مبتلا به CDH هرگز بیمارستان را ترک نمی‌کنند.تصویربرداری تشخیصی و غربالگری‌های ژنتیکی به پزشکان کمک می‌کند تا بیماری‌های مادرزادی جنین را در رحم تشخیص دهند، اما درحال حاضر مدل‌هایی برای مطالعه رشد اندام‌ها و بررسی پیشرفت بیماری محدود هستند. در دهه گذشته، ارگانوئیدها به یک پلت فرم به طور فزاینده‌ای محبوب برای مدل سازی عملکرد اندام و بیماری تبدیل شده‌اند. با این حال، تولید ارگانوئیدهای جنینی به دلیل محدودیت‌های اخلاقی و قانونی در استخراج بافت‌های انسانی مورد نیاز برای تولید اندام‌های کوچک پیچیده است. اکنون، با گزارشی در Nature Medicine، محققان ارگانوئیدهای جنینی را با استفاده از سلول‌های مشتق شده از مایع آمنیوتیک و تراشه انسان تولید کردند. این اندام‌های کوچک یک رویکرد کم تهاجمی برای مدل‌سازی بیماری در دوران بارداری فعال ارائه می‌دهند و ممکن است در نهایت از توسعه مداخلات شخصی‌شده قبل از تولد خبر دهند.

ساختار ارگانوئید

ارگانوئیدها ساختارهای سه بعدی هستند که در شرایط آزمایشگاهی خود سازماندهی می شوند و ریزمعماری و فیزیولوژی بافت مبدا را خلاصه می کنند. در سال 2009، ساتو و همکارانش کار موفقیت آمیزی را برای توسعه یک سیستم کشت سه بعدی انجام دادند که رشد ارگانوئیدهای اپیتلیال روده موش را از سلول های بنیادی منفرد Lgr5+ امکان پذیر کرد. این «روده‌های کوچک» را می‌توان در شرایط آزمایشگاهی منبسط و متمایز کرد تا به ساختار و عملکرد بافت روده شباهت زیادی داشته باشد. از زمان این گزارش اولیه، چندین پروتکل برای ایجاد رده‌های سلولی ارگانوئید انسانی، چه از سلول‌های بنیادی پرتوان یا از سلول‌های بنیادی ساکن بافت ایجاد شده است. علاوه بر پتانسیل ترجمه آنها برای کاربردهای پزشکی احیا کننده، ارگانوئیدها اکنون به طور گسترده به عنوان یک ابزار آزمایشگاهی برای بررسی توسعه و عملکرد بیشتر بخش‌های بافت انسانی استفاده می‌شوند. ارگانوئیدها دارای مزایای متعددی در مقایسه با سیستم‌های کشت دوبعدی سنتی هستند.

استفاده از مایع آمنیوتیک برای تولید ارگانوئید جنینی

ماتیا گرلی، زیست شناس سلول‌های بنیادی در دانشگاه کالج لندن (UCL) و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «دسترسی به بافت جنین امکان مدل سازی بافت جنین را در حالی که نوزاد هنوز در رحم است، فراهم می‌کند. دانشمندان از سلول‌های بیمار برای تولید ارگانوئیدهایی استفاده می‌کنند که دارای ویژگی‌ها و عملکردهای مشخصی از اندام مدل‌شده هستند و در عین حال اثر انگشت ژنتیکی فرد را حفظ می‌کنند. با این حال، بسیاری از این پلتفرم‌ها به پروتکل‌های تمایززدایی طولانی برای بازگرداندن سلول‌های سوماتیک به حالت پرتوانی و سپس برنامه‌ریزی مجدد آن‌ها برای توسعه به‌عنوان نوع سلولی دیگر نیاز دارند. برخلاف ارگانوئیدهای تولید شده از سلول‌های بنیادی پرتوان، ارگانوئیدهای اولیه از سلول‌های بنیادی بافتی خاص یا سلول‌های پیش ساز و بنابراین نیاز به حداقل دستکاری دارند. در حالی که زمینه ارگانوئیدی از نظر استفاده از بافت های بالغ نسبتاً پیشرفته است، محققان فقط می توانند ارگانوئیدهای اولیه جنین را با استفاده از بافت حاملگی‌های خاتمه یافته تولید کنند. گرلی گفت: «این امر اساساً [تولید ارگانوئیدها] سازگار با ادامه بارداری و بنابراین به روش پزشکی شخصی سازی شده را غیرممکن کرد. برای جستجوی منابع جایگزین بلوک‌های ساختمانی ارگانوئیدی، گرلی و همکارانش به مایع آمنیوتیک روی آوردند.

مایع آمنیوتیک

در طول بارداری، جنین در یک حوضچه محافظ مایع آمنیوتیک شناور می‌شود. مایع زردرنگ حاوی ترکیبی از مواد مغذی و آنتی‌بادی‌هایی است که توسط والدین تولید می‌شود و همچنین کمک‌های جذاب کمتری از جنین، از جمله ادرار، دارد. همچنین شامل سلول‌های جنینی می‌شود که در حین رشد از بین می‌روند و پزشکان می‌توانند آن‌ها را استخراج کرده و برای علائم بیماری تجزیه و تحلیل کنند. در واقع این سلول‌ها، سلول‌های مرده هستند که از پوشش حفره مایع آمنیوتیک ریخته شده اند. بیشتر سلول‌های مایع آمنیوتیک اپیتلیال هستند، اما دانشمندان اطلاعات کمی در مورد این جمعیت‌های سلولی داشتند.

شیوه مطالعاتی

گرلی و همکارانش از توالی یابی RNA تک سلولی برای توصیف مایع آمنیوتیک 12 بیمار استفاده کردند و زیرجمعیت هایی از سلول‌های اپیتلیال را کشف کردند که نشانگرهای معمولی پیش سازهای ریه، کلیه و روده کوچک را بیان می‌کردند. محققان سلول‌های پیش‌ساز مخصوص بافت را کشت دادند، یک کوکتل شیمیایی برای حمایت از رشد به آن‌ها دادند و تکثیر، تمایز و خودسازماندهی آنها به ارگانوئیدهای اپیتلیال سه بعدی را تماشا کردند. اندام‌های کوچک برخی از ویژگی‌های ترانسکریپتومی و پروتئینی موجود در بافت‌های منشأ خود را به اشتراک گذاشتند. به عنوان مثال، سلول‌های اپیتلیال ریه که در کشت ایجاد و تمایز یافتند، بیانگر نشانگرهای راه هوایی را در مقایسه با همتایان غیرمتمایز خود افزایش دادند. به طور مشابه، ارگانوئیدهای اپیتلیال کلیه نشانگرهای مرتبط با لوله‌های کلیوی را بیان می‌کنند که اجزای جدایی ناپذیر سیستم فیلتراسیون کلیه‌ها هستند. اگرچه مایع آمنیوتیک حاوی سلول‌هایی از بافت‌های دیگر بود، اما محققان نتوانستند آن‌ها را به ارگانوئید تبدیل کنند و این نشان می‌دهد که آنها فاقد قابلیت‌های پیش‌ساز هستند. سایر گروه‌های تحقیقاتی با موفقیت ارگانوئیدهای جنینی را از سلول‌های سوماتیکی که در اطراف مایع آمنیوتیک شناور هستند رشد داده‌اند، و اندام‌های کوچک تولید شده با استفاده از این رویکرد پیچیده‌تر از مدل‌های توسعه‌یافته توسط De Coppi و تیم او هستند. برای تولید ارگانوئیدها اگر هدف استفاده از ارگانوئیدها برای اطلاع رسانی مداخلات قبل از تولد باشد، زمان بندی بسیار مهم است.

زمان موثر برای آزمایش دارو بر ارگانوئید تولید شده از مایع آمنیوتیک

برای جدی ترین موارد بیماری CDH، پزشکان جراحی را قبل از تولد و برای کاشت بالونی انجام می‌دهند که به طور مصنوعی نای را مسدود می‌کند. این از خروج مایع ریه جلوگیری می‌کند و منجر به افزایش فشار می‌شود که به رشد ریه کمک می‌کند. دی کوپی خاطرنشان کرد که این جراحی در حدود هفته 25 بارداری انجام می‌شود. با این حال، پزشکان فقط می‌توانند مایع آمنیوتیک را با خیال راحت از حدود هفته 15 خارج کنند و به دانشمندان یک فرصت 10 هفته‌ای برای تولید ارگانوئیدهای خاص بیمار می‌دهند که دانشمندان می‌توانند از آنها برای آزمایش داروهایی استفاده کنند که می‌توانند در کنار مداخلات جراحی از رشد ریه بیشتر حمایت کنند. از آنجایی که محققان از سلول‌های پیش ساز استفاده می‌کنند که نیازی به برنامه ریزی مجدد ندارند، می‌توانند ارگانوئیدهای بیمار را در چهار تا شش هفته تولید کنند. گرلی گفت: "ما پیچیدگی را از دست می‌دهیم، اما زمان به دست می‌آوریم."

اهمیت مطالعه ارگانوئیدهای جنینی

کونیساکی گفت: اگرچه سلول‌های جمع‌شده در مایع آمنیوتیک یک روش کم تهاجمی برای به دست آوردن بافت‌های جنینی ارائه می‌دهند، کونیساکی گفت: «اینکه [سلول‌ها] بازتابی واقعی از آنچه در رشد جنین می‌گذرد یا نه، همیشه کمی بحث‌برانگیز بوده است.» احتمال دیگری که [این ارگانوئیدها] باز می‌کنند، مطالعه رشد ریه در مرحله ای است که دسترسی به آن بافت بسیار دشوار است.» با توجه به محدودیت‌های قانونی متنوع برای دسترسی به بافت‌های جنینی، به‌ویژه بعد از هفته ۲۲ بارداری، گرلی گفت که پلتفرم آنها می‌تواند روشی با حداقل تهاجم را برای نظارت بر رشد این بافت‌ها در مراحل بعدی بارداری در اختیار دانشمندان قرار دهد. گرلی گفت: "این پیشرفت بسیار مهمی است که این فناوری به ارمغان می آورد."

هدف مدل سازی بیماری و آزمایش دارو است

ارگانوئیدها هنوز به تأیید بالینی نیاز دارند، اما گرلی و دی کوپی امیدوارند که مدل آنها برای بیماران در آینده مفید باشد. گرلی گفت: "هدف از این کار این است که در واقع بتوان از ارگانوئیدها به عنوان بستری برای مدل سازی بیماری و آزمایش دارو برای این بیماران استفاده کرد." چند دارو به صورت تجاری در دسترس هستند، اما بیماران به درمان‌هایی که در حال حاضر فقط پس از زایمان تجویز می‌شوند، متفاوت پاسخ می‌دهند. تجویز قبل از تولد این درمان‌ها می‌تواند تشکیل دیافراگم مناسب را در مراحل اولیه توسعه تشویق کند. کونیساکی گفت: «این یک امکان واقعاً جذاب بر اساس این نوع فناوری است.

پایان مطلب/.