مدل جدید جفت روی یک تراشه به مهندسان اجازه می دهد تا اثرات سموم محیطی را مطالعه کنند

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

قرار گرفتن در معرض فلزات سمی مانند کادمیوم با پیامدهای نامطلوب بارداری مانند سقط جنین، زایمان زودرس و وزن کم هنگام تولد همراه است. از آنجایی که مطالعه مستقیم این اثرات در زنان باردار دشوار و از نظر اخلاقی چالش برانگیز است، چگونگی تأثیر چنین مواجهه‌هایی بر بارداری به درستی شناخته نشده است.

مدل جفت روی یک تراشه که توسط Dan Huh، پروفسور J. Peter Skirkanich در مهندسی زیستی، و همکارانش در Penn Engineering ایجاد شده است، راهی برای بررسی این سوالات با استفاده از سلول های زنده انسان ارائه می دهد. در مطالعه‌ای که در Nature Biomedical Engineering منتشر شد، تیم به رهبری Huh به همراه همکارانش در پرینستون، دانشگاه سوگانگ در سئول، کره و دانشگاه راتگرز، از مدل مهندسی زیستی برای بررسی اینکه چگونه کادمیوم، یک فلز سمی موجود در غذا، آب آشامیدنی و دود تنباکو، بر توانایی رشد جفت برای جنین تأثیر می‌گذارد، استفاده کردند.

آزمایش‌های این گروه نشان داد که کادمیوم می‌تواند جفت را حتی در سطوح نسبتا کم مواجهه که سلول‌ها را نمی‌کشد، مختل کند. محققان همچنین پروتئینی را شناسایی کردند که به محافظت از بافت جفت کمک می‌کند، همراه با تغییرات متابولیکی که می‌تواند سرنخ‌هایی از آسیب‌های ناشی از قرار گرفتن در معرض قرار بگیرد.

در جفت، خون مادر و جنین در محفظه های جداگانه گردش می کند و مواد مغذی و سایر مواد را در لایه نازکی از بافت تبادل می کند. Huh و همکارانش یک دستگاه میکروسیال ساختند که ویژگی های کلیدی این رابط مادر و جنین را بازسازی می کند.

این دستگاه با سلول های جفت انسانی جدا شده از جفت اهدایی ساخته شده است. در یک طرف، لایه ای از این سلول ها در معرض مایع جاری است که خون مادر را شبیه سازی می کند. از سوی دیگر، یک ساختار بافتی سه بعدی شامل شبکه ای از رگ های خونی جنین است که در یک داربست هیدروژلی تعبیه شده اند.

این مدل همچنین دارای شرایط اکسیژن است که نسبت به سیستم‌های کشت سلولی معمولی، شرایط داخل جفت را بیشتر منعکس می‌کند. محققان می توانند انواع سلول های اضافی از جمله سلول های ایمنی جفتی را برای بررسی پاسخ های بیولوژیکی پیچیده تر معرفی کنند.

تحقیقات قبلی Huh روی جفت روی یک تراشه بر چگونگی عبور داروها از سد جفت متمرکز بود.

Huh می‌گوید: «کار جدید ما قابلیت‌های اصلی این فناوری را گسترش می‌دهد و به ما اجازه می‌دهد تا رابط بین انسان و جنین را با وفاداری بیشتر تقلید کنیم و تأثیر سموم محیطی را در شرایط واقعی‌تر مطالعه کنیم.» اکنون نه تنها می‌توانیم بپرسیم که آیا کادمیوم از سد عبور می‌کند یا خیر، بلکه می‌توانیم بپرسیم که چگونه بر توانایی جفت برای انجام عملکردهای فیزیولوژیکی کلیدی‌اش تأثیر می‌گذارد.

محققان بافت مهندسی شده را در معرض غلظت‌های مختلف کادمیوم قرار دادند و اثرات آن را بر زنده‌مانی سلول، یکپارچگی سد، تولید هورمون و انتقال مواد مغذی اندازه‌گیری کردند.

در غلظت‌های بالاتر، کادمیوم به بافت‌های مادر و جنین آسیب می‌رساند. قابل توجه تر، در غلظت های پایین تر، نزدیک به قرار گرفتن در معرض دنیای واقعی، سلول های جفت تا حد زیادی دست نخورده باقی ماندند، با این حال چندین عملکرد ضروری جفت بدتر شدند.

کادمیوم باعث کاهش انتقال گلوکز، منبع انرژی کلیدی برای رشد جنین، و کاهش تولید گنادوتروپین جفتی انسانی (hCG)، هورمونی مهم برای حفظ بارداری می‌شود. همچنین باعث نفوذپذیری سد جفت و افزایش التهاب شد.

Huh می‌گوید: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که تنها به دنبال مرگ سلولی ممکن است تأثیرات مهم قرار گرفتن در معرض محیط را از دست بدهد. جفت می تواند سلول های ظاهرا سالم را حفظ کند و در عین حال در حمایت از رشد جنین کمتر موثر باشد.

این تیم همچنین یک مکانیسم محافظتی شامل پروتئین مقاومت به سرطان پستان (BCRP)، یک انتقال دهنده در سلول های جفت که به پمپ کردن مواد خاصی از سلول ها کمک می کند، شناسایی کردند. مسدود کردن پروتئین بافت را در برابر کادمیوم آسیب پذیرتر می کند و مکانیسم بالقوه ای را نشان می دهد که از طریق آن جفت از خود در برابر قرار گرفتن در معرض سمی دفاع می کند.

با تجزیه و تحلیل مایع جمع آوری شده از محفظه مادر و جنین، تیم تحقیقاتی تغییراتی را در متابولیسم در دو طرف سد مهندسی شده کشف کردند.

از طرف مادری، قرار گرفتن در معرض کادمیوم تغییرات وابسته به دوز را در مسیرهای متابولیک درگیر در فولات، پورین، اسید آمینه و متابولیسم انرژی ایجاد کرد. این تغییرات در سطوح بالاتر قرار گرفتن در معرض بیشتر مشخص بود.

محفظه جنین الگوی متفاوتی را نشان داد. تغییرات متابولیک حتی در کمترین میزان قرار گرفتن در معرض آزمایش ظاهر شد، از جمله افزایش گوانوزین و سوربیتول و کاهش در چندین متابولیت درگیر در متابولیسم جنین. بخش بزرگی از متابولیت‌های تغییر یافته اسیدهای چرب بودند که برای رشد مغز جنین ضروری هستند و تغییرات در نحوه برخورد جفت با این مولکول‌ها را به یک منطقه مهم برای تحقیقات بیشتر تبدیل می‌کند.

پوریا فتاحی، نویسنده ارشد این مطالعه، محقق سابق پسا دکتری در آزمایشگاه Huh و اکنون استادیار دانشگاه جورجیا، می گوید: «یکی از جنبه های ارزشمند این بود که این فناوری تراشه پاسخ هایی را بازتولید کرد که ما همچنین می توانستیم در بافت زنده جفت انسان مشاهده کنیم. "ساخت این سطح از پیچیدگی بیولوژیکی کار زیادی را می طلبد، بنابراین دیدن این قطعات در کنار هم بسیار ارزشمند بود."

نشانگرهای متابولیک شناسایی شده در این مطالعه در نهایت می تواند به محققان کمک کند تا راه هایی برای تشخیص آسیب جفت مرتبط با قرار گرفتن در معرض کادمیوم ایجاد کنند. با این حال، این نشانگرهای زیستی بالقوه برای استفاده بالینی تایید نشده اند و نیاز به آزمایش بیشتر در مطالعات انسانی دارند.

فتاحی می گوید: «در تحقیقات بارداری دیگر جفت نباید جعبه سیاه باشد. با مهندسی رابط مادر و جنین در آزمایشگاه، می‌توانیم شروع به کنترل مواجهه‌ها، مشاهده پاسخ‌ها در هر دو طرف سد، بررسی مکانیسم‌ها و جستجوی نشانگرهای زیستی به روش‌هایی کنیم که انجام آن در غیر این صورت بسیار دشوار است.»

در حال حاضر، این دستگاه یک پلت فرم تحقیقاتی پیش بالینی است، نه یک ابزار تشخیصی یا درمانی. با این حال، با گذشت زمان، این فناوری می‌تواند به محققان کمک کند مکانیسم‌های مرتبط با قرار گرفتن در معرض محیطی را با عوارض بارداری بررسی کنند و شواهدی را برای اطلاع‌رسانی به ارزیابی‌های آینده از خطرات زیست‌محیطی در دوران بارداری ایجاد کنند.

Huh می‌گوید: «هدف ما توسعه مدل‌های مربوط به انسان از فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده است که نمی‌توانیم به راحتی آن‌ها را در افراد مطالعه کنیم. "این مدل‌ها به ما اجازه می‌دهند تا سوالاتی را بپرسیم که مدل‌های سنتی نمی‌توانند به طور کامل به آنها پاسخ دهند. امیدواریم این کار به آینده‌ای کمک کند که در آن بتوانیم پاسخ‌های بیولوژیکی را بهتر پیش‌بینی کنیم، مکانیسم‌های بیماری را درک کنیم و راه‌حل‌های ایمن‌تر و موثرتر برای سلامت انسان ایجاد کنیم."

پوریا فتاحی و همکاران، مدل مهندسی زیستی مواجهه جفت انسان با فلزات محیطی در دوران بارداری، مهندسی زیست پزشکی طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41551-026-01801-9

اطلاعات مجله: Nature Biomedical Engineering

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →