迷你胎盤在實驗室中 3D 打印，世界首創(chuàng)

胎盤是一種獨特的器官，只在懷孕期間存在，以類似腫瘤的速度生長到一個小餐盤大小。胎盤對每個嬰兒的成長都至關重要，但我們缺少有關胎盤如何發(fā)育的關鍵細節(jié)。

在懷孕期間研究胎盤很困難，因為采集樣本可能會引入感染或引發(fā)流產。而且出生后的胎盤組織與其早期形式有很大不同。

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

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

實驗室中的微小器官

首次描述在2009，類器官是醫(yī)學研究的突破。

從那時起，科學家們通過服用干細胞并將它們放入凝膠中，就像懸浮在果凍中的糖屑一樣。這種凝膠模仿細胞被支撐的組織，并允許它們在生長和分裂時形成簇。

2018年，首屆胎盤的類器官是由滋養(yǎng)層生長而來的——一種僅在胎盤中發(fā)現的細胞。研究人員一直在使用胎盤類器官來發(fā)現隱藏的流程通過將它們復制到盤子中來懷孕早期。

然而，這項研究大多依賴于動物源性凝膠，無法對其進行修改以反映真實胎盤的生長環(huán)境。此外，手動將細胞懸浮在凝膠中使得難以產生許多類器官。

3D打印胎盤

生物打印是一種 3D 打印技術，它使用活細胞和細胞友好材料來創(chuàng)建 3D 結構。我們將胎盤中的滋養(yǎng)層細胞與合成的、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一樣。

我們的打印細胞長成胎盤類器官，我們將它們與用現有手動方法制成的類器官進行了比較。

我們在生物打印凝膠中生長的類器官與在動物源性凝膠中生長的類器官發(fā)育不同，并形成了不同數量的細胞亞型。這突顯了類器官生長的環(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確模型。我們可以通過將年輕的類器官從凝膠中取出并讓它們漂浮在液體食物中來改變細胞的組織方式。

胎盤類器官的生長為研究人員研究妊娠早期的關鍵過程、揭示先兆子癇等嚴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)癥導致260,000 名孕產婦死亡和全球數百萬嬰兒流失.

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

先兆子癇會導致早產，并給母親和嬰兒帶來嚴重的健康風險。它還增加了母親患心臟病等長期健康問題的風險，糖尿病和腎臟疾病。

目前，除了分娩之外沒有治愈方法，因為我們仍然不完全了解是什么原因造成的。

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

如果出現先兆子癇，有幾種藥物可供選擇來治療血壓變化，但唯一的治療方法是分娩。這通常會導致早產和早產帶來的挑戰(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)現的高水平免疫信號，然后測試潛在的治療方法，以了解類器官的生長和反應。

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

生物打印提高了準確性和可重復性，并減少了研究中對動物的需求——無論是采購材料還是藥物測試。雖然一些動物研究仍然用于在整個活體中進行測試，但這是邁向無動物研究的重要一步。

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

克萊爾·理查茲， 生物技術講師，悉尼科技大學和拉娜·麥克萊門茨，副教授兼心臟基金會未來領袖研究員，悉尼科技大學

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