ماندکی پس از تولد، نوزاد اولین نفس خود را می کشد زیرا جفت که در دوران بارداری به عنوان ریه های جنین عمل می کرد، مسئولیت را به اندام های خود کودک منتقل می کند. با این حال، برای بیمارانی که با فتق دیافراگم مادرزادی (CDH)، یک وضعیت نادر که در آن دیافراگم بسته نمی شود و باعث اختلال در رشد ریه می شود، ورود به جهان نامشخص تر است.¹ موارد شدیدتر بیماری منجر به آسیب چند عضوی و تقریباً می شود سی درصد نوزادان مبتلا به CDH هرگز بیمارستان را ترک نمی کنند.²

تصویربرداری تشخیصی و غربالگری های ژنتیکی به پزشکان کمک می کند تا بیماری های مادرزادی جنین را در رحم تشخیص دهند، اما مدل های مطالعه رشد اندام ها و پیشرفت بیماری محدود است. در دهه اخیر، ارگانوئیدها به یک پلت فرم به طور فزاینده ای محبوب برای مدل سازی عملکرد اندام و بیماری تبدیل شده اند.³ با این حال، تولید ارگانوئیدهای جنینی به دلیل محدودیت های اخلاقی و قانونی در مورد مجموعه بافت های انسانی لازم برای تولید اندام های کوچک پیچیده است.

در حال حاضر، گزارش در طب طبیعیمحققان ایجاد کردند ارگانوئیدهای جنینی با استفاده از سلول های مشتق شده از مایع آمنیوتیک و تراشه انسان.⁴ این اندام‌های کوچک یک رویکرد کم تهاجمی برای مدل‌سازی بیماری در دوران بارداری فعال ارائه می‌دهند و ممکن است در نهایت به توسعه مداخلات شخصی‌شده قبل از تولد کمک کنند.

می‌گوید: «دسترسی به بافت جنین فرصت مدل‌سازی بافت جنین را در زمانی که نوزاد هنوز در رحم است، فراهم می‌کند ماتیا گرلیزیست شناس سلول های بنیادی در دانشگاه کالج لندن (UCL) و یکی از نویسندگان این مطالعه.

دانشمندان از سلول‌های بیماران برای تولید ارگانوئیدهایی استفاده می‌کنند که دارای ویژگی‌ها و عملکردهای مشخصی از اندام مدل‌شده هستند و در عین حال نقش ژنتیکی فرد را حفظ می‌کنند. با این حال، بسیاری از این سیستم عامل ها نیاز دارند پروتکل های تمایز زدایی طولانی سلول های سوماتیک را به حالت پرتوانی برگرداند و سپس آنها را دوباره برنامه ریزی کرد تا به عنوان نوع دیگری از سلول رشد کنند.⁵ برخلاف ارگانوئیدهای تولید شده از سلول های بنیادی پرتوان، ارگانوئیدهای اولیه از سلول های بنیادی خاص بافت یا سلول های پیش ساز استفاده می کنند و بنابراین به حداقل دستکاری نیاز دارند.³ در حالی که زمینه ارگانوئیدها از نظر استفاده از بافت بالغ نسبتاً پیشرفته است، محققان تنها می توانند ارگانوئیدهای اولیه جنین را با استفاده از بافت حاملگی های سقط شده تولید کنند. “این کار را عملا غیرممکن کرد [generate organoids] گرلی گفت: سازگار با ادامه بارداری و بنابراین به روش پزشکی شخصی. گرلی و همکارانش برای جستجوی منابع جایگزین بلوک‌های ساختمانی ارگانوئیدی به مایع آمنیوتیک روی آوردند.

در دوران بارداری، جنین در یک استخر محافظت شده شنا می کند مایع آمنیوتیک.⁶ مایع زرد رنگ حاوی ترکیبی از مواد مغذی و آنتی بادی های تولید شده توسط والدین و همچنین کمک های کمتر جنین از جمله ادرار است. همچنین شامل سلول‌های جنینی می‌شود که در طول رشد ریخته می‌شوند و پزشکان می‌توانند آن‌ها را بازیابی و برای علائم بیماری تجزیه و تحلیل کنند.

از نظر تاریخی، تصور می شد که این سلول ها سلول های مرده یا سلول هایی هستند که از پوشش حفره مایع آمنیوتیک خارج شده اند. شان کونیساکی، یک جراح اطفال در دانشگاه جان هاپکینز که در این مطالعه شرکت نداشت. بیشتر سلول های مایع آمنیوتیک اپیتلیال هستند، اما دانشمندان اطلاعات کمی در مورد این جمعیت سلولی داشتند.³ وقتی همه چیز تغییر کرد [Gerli] من شروع به بررسی سطح تک سلولی در آنچه در مایع آمنیوتیک رخ داد، کردم پائولو دی کوپیزیست شناس سلول های بنیادی و جراح اطفال در UCL و یکی از نویسندگان این مطالعه.

Gerli و همکارانش از توالی RNA تک سلولی برای توصیف مایع آمنیوتیک 12 بیمار استفاده کردند و زیرجمعیت هایی از سلول های اپیتلیال را یافتند که نشانگرهای معمولی پیش سازهای ریه، کلیه و روده کوچک را بیان می کردند. محققان سلول های پیش ساز مخصوص بافت را کشت دادند، به آنها یک کوکتل شیمیایی محرک رشد دادند و تکثیر، تمایز و خود سازماندهی آنها را به ارگانوئیدهای اپیتلیال سه بعدی مشاهده کردند. اندام‌های کوچک برخی از ویژگی‌های ترانسکریپتومی و پروتئینی موجود در بافت‌های منشا آنها را به اشتراک می‌گذارند. به عنوان مثال، سلول های اپیتلیال ریه که در کشت رشد کرده و تمایز یافته بودند، بیان نشانگرهای راه هوایی را در مقایسه با همتایان تمایز نیافته خود افزایش دادند. به طور مشابه، اندامک های اپیتلیال کلیه نشانگرهای مرتبط با لوله های کلیوی را بیان می کنند که اجزای جدایی ناپذیر سیستم فیلتراسیون کلیه هستند.

اگرچه مایع آمنیوتیک حاوی سلول‌هایی از بافت‌های دیگر است، اما محققان نتوانسته‌اند آن‌ها را به ارگانوئید تبدیل کنند، که نشان می‌دهد فاقد ظرفیت پیش‌ساز هستند. سایر گروه‌های تحقیقاتی با موفقیت ارگانوئیدهای جنینی را رشد دادند سلول های سوماتیک شناور در اطراف مایع آمنیوتیک، و اندام های کوچک تولید شده با استفاده از این رویکرد پیچیده تر از مدل های توسعه یافته توسط De Coppi و تیم او هستند.⁷ با این حال، روش های برنامه ریزی مجدد تا 20 هفته طول می کشد تا ارگانوئیدها تولید شوند. اگر هدف استفاده از ارگانوئیدها برای اطلاع رسانی مداخلات قبل از تولد باشد، زمان بندی بسیار مهم است.

برای شدیدترین موارد CDH، پزشکان جراحی قبل از تولد را برای کاشت بالونی که به طور مصنوعی نای را مسدود می کند، انجام می دهند. این از نشت مایع ریه به بیرون جلوگیری می کند و منجر به افزایش فشار می شود که به رشد ریه کمک می کند. دی کوپی خاطرنشان کرد که این عمل در حدود 25 هفته بارداری انجام می شود. با این حال، پزشکان فقط می توانند مایع آمنیوتیک را با خیال راحت از حدود هفته 15 خارج کنند و به دانشمندان فرصتی 10 هفته ای برای تولید ارگانوئیدهای خاص بیمار می دهند که دانشمندان می توانند از آنها برای آزمایش داروهایی استفاده کنند که می تواند به رشد ریه در صورت استفاده همراه با مداخلات جراحی کمک کند. از آنجایی که محققان از سلول های پیش ساز استفاده می کنند که نیازی به برنامه ریزی مجدد ندارند، می توانند ارگانوئیدهای بیمار را در عرض چهار تا شش هفته تولید کنند. گورلی گفت: “ما پیچیدگی را از دست می دهیم، اما زمان به دست می آوریم.”

برای بررسی کاربرد پلت فرم خود در مدل‌سازی بیماری، دی کوپی و تیمش ارگانوئیدهای ریه را با استفاده از مایع آمنیوتیک از جنین‌های مبتلا به CDH تولید کردند. مینی ریه CDH برخی از ویژگی های بیماری مانند افزایش گیرنده آنژیوتانسین 2 را خلاصه می کند.AT2) بیان ژن. از آنجایی که آنها مایع آمنیوتیک را قبل و بعد از جراحی جمع آوری کردند، محققان توانستند ارگانوئیدهای تولید شده از دو نقطه زمانی را با هم مقایسه کنند. د کوپی و تیمش کاهش بیان نشانگر پیش ساز اپیتلیال فاکتور رونویسی جعبه SRY 9 را مشاهده کردند.SOX9) بعد از عمل، که نشان دهنده بلوغ بافت است. با این حال، به دلیل حجم نمونه محدود، آنها در تجزیه و تحلیل موضوعی عمل نکردند.

اگرچه سلول‌های جدا شده به دام افتاده در مایع آمنیوتیک روشی با حداقل تهاجم برای به دست آوردن بافت جنینی ارائه می‌دهند، کونیساکی گفت: “خواه نه [the cells] بازتاب واقعی آنچه در رشد جنین اتفاق می افتد همیشه تا حدودی بحث برانگیز بوده است. کونیساکی همچنین خاطرنشان کرد که این مطالعه به سه نوع سلول محدود شد، اما اغلب تعاملات بین جمعیت‌های سلولی مختلف برای مدل‌سازی رشد اندام مهم است. کونیساکی گفت: “از این نظر کمی محدود است، اما صرف نظر از این، یافته هایی که آنها ارائه می کنند واقعا امیدوار کننده است.”

«احتمال دیگر که [these organoids] دی کوپی می‌گوید: «مطالعه رشد ریه در مرحله‌ای است که دسترسی به این بافت بسیار دشوار است.» با توجه به محدودیت‌های قانونی مختلف برای دسترسی به بافت‌های جنینی، به‌ویژه پس از هفته ۲۲ بارداری، Gerley گفت 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 یک پیشرفت بسیار مهم است که این فناوری به ارمغان می آورد.”

ارگانوئیدها هنوز به تأیید بالینی نیاز دارند، اما Gerli و DeCoppi امیدوارند مدل آنها برای بیماران در آینده مفید باشد. گرلی گفت: “هدف با این کار این است که در واقع بتوان از ارگانوئیدها به عنوان بستری برای مدل سازی بیماری ها و آزمایش دارو برای این بیماران استفاده کرد.”

چندین دارو به صورت تجاری در دسترس هستند، اما بیماران به درمان هایی که در حال حاضر فقط پس از زایمان انجام می شوند، واکنش متفاوتی نشان می دهند. تجویز قبل از تولد این درمان ها ممکن است باعث تشکیل مناسب دیافراگم در مراحل اولیه رشد شود. کونیساکی گفت: «این یک امکان واقعاً جذاب بر اساس این نوع فناوری است.

منابع

1. زانی ع و همکاران. فتق دیافراگم مادرزادی. پرایمرهای Nat Rev Dis. 2022; 8 (1): 37.
2. پولیتیس MD و همکاران. شیوع و مرگ و میر در کودکان مبتلا به فتق دیافراگم مادرزادی: یک مطالعه چند سایتی. آن اپیدمیول. 2021؛ 56:61-69.e3.
3. Calà G، و همکاران. مدل‌های اندامک انسانی اولیه: پیشرفت و نقاط عطف فعلی. Bioeng Biotechnol جلو. 2023؛ 11:1058970.
4. Gerli MFM، و همکاران. استخراج پیش از تولد با هدایت تک سلولی اندامک های اپیتلیال اولیه جنین از مایع آمنیوتیک و تراشه انسان. طب طبیعی. 2024; 30 (3): 875-887.
5. کیم جی و همکاران اندام های انسانی: سیستم های مدل برای زیست شناسی انسان. Nat Rev Mol Cell Biol. 2020; 21 (10): 571-584.
6. آندروود MA، و همکاران. مایع آمنیوتیک: نه فقط ادرار جنین. جی پریناتول. 2005; 25 (5): 341-348.
7. Kunisaki SM، و همکاران. ارگانوئیدهای ریه مشتق از سلول های بنیادی پرتوان القایی انسان در یک مدل ex vivo از فتق دیافراگم مادرزادی ریه جنین. سلول های بنیادی Transl Med. 2021; 10 (1): 98-114.