Многие осложнения беременности связаны с плацентой. Для изучения ее работы используют плацентарные органоиды («мини-плаценты»), однако в настоящее время их получают в Матригеле, продукте животного происхождения c непостоянным составом. Ученые из Австралии получили органоиды трофобласта в матрице на основе полиэтиленгликоля методом 3D-биопечати. Доля живых клеток в такой матрице была ниже, чем в традиционном Матригеле, но органоиды сохраняли метаболическую активность и способность к росту и дифференцировке. Авторы смоделировали на органоиде преэклампсию и опробовали некоторые методы терапии.
Изображение:
Мини-плацента.
Credit:
Images acquired at the UTS Microbial Imaging Facility by Dr Claire Richards || Пресс-релиз
Плацента играет жизненно важную роль в развитии плода, обеспечивая его кислородом и питанием. Нарушения в работе этого органа приводят к многочисленным осложнениям беременности, в том числе преэклампсии, задержке внутриутробного развития, выкидышам, мертворождению и многим другим. Причем такие состояния не только влияют на исход беременности, но и имеют долгосрочные последствия для здоровья матери и ребенка, повышая риск развития сердечно-сосудистых, эндокринных и неврологических заболеваний в будущем.
Для изучения раннего развития плаценты и патогенеза осложнений беременности необходимы валидные модели. И перспективное решение этой задачи — создание плацентарных органоидов («мини-плацент»), имеющих структурное и функциональное сходство с реальным органом. Для этого клетки плаценты, например, трофобласта, помещаются в матрицу, где они самоорганизуются в трехмерные структуры при культивировании в среде со специфическими факторами роста, поддерживающими пролиферацию и дифференцировку. Однако у современных подходов к созданию таких органоидов есть некоторые ограничения. Во-первых, часто используется первичная плацентарная ткань, получаемая при прерывании беременности или инвазивной биопсии, что трудозатратно и небезопасно, а также требует дорогостоящих компонентов питательной среды. Во-вторых, в качестве матрицы используется Матригель (Matrigel) — материал животного происхождения с нестабильным составом, так что практически невозможно в точности воспроизвести условия получения органоида.
В качестве альтернативы ученые из Австралии предложили технологию 3D-биопечати с использованием синтетической матрицы на основе полиэтиленгликоля (ПЭГ). Достоинствами этой платформы стали масштабируемость и воспроизводимость за счет размещения клеток с помощью более точных экструзионных и капельных методов, а также использования матрицы определенного состава и жесткости, которые можно регулировать и привести к условиям реальной плацентарной ткани.
Для сравнения эффективности нового решения (биопечать в ПЭГ-матрице) и традиционного подхода (инкапсуляция в Матригеле) ученые использовали клетки ACH-3P — иммортализованную клеточную линию трофобласта первого триместра. Органоиды формировались в обоих случаях и дифференцировались в основные подтипы — вневорсинчатый трофобласт (ВВТБ) и синцитиотрофобласт (СТБ). При этом органоиды, полученные биопечатью в матрице ПЭГ, преимущественно дифференцируются в ВВТБ и больше походят на раннюю плацентарную ткань человека и первичные органоиды трофобласта.
На полученных органоидах исследователи смоделировали преэклампсию, добавив провоспалительный цитокин TNF-α, и протестировали два применяемых в клинике препарата (аспирин и метформин). Модель показала, что в использованных дозах эти лекарства не смогли обратить вспять негативное воздействие воспаления на клетки плаценты.
Помимо прочего, ученым удалось изменить архитектуру органоида, «вывернув его наизнанку» таким образом, чтобы СТБ-клетки располагались не внутри, а на внешней поверхности органоида, как это происходит в плаценте. Этого удалось достичь с помощью культивирования органоидов в суспензии, без плотной матрицы. Такая исправленная архитектура позволяет исследовать обмен веществ и клеточные взаимодействия, происходящие на наружной стороне плаценты.
Несмотря на описанные достижения, исследователи столкнулись с тем, что после биопечати доля живых клеток в синтетическом ПЭГ-матриксе была значительно ниже, чем в традиционном Матригеле, что могло быть связано с неидеальной средой и сдвиговым стрессом (механическими повреждениями клеток при биопечати). При этом полученные органоиды сохраняли метаболическую активность и способность к росту и дифференцировке.
Для дальнейшего развития проекта ученые говорят о возможности варьировать жесткость матрикса для моделирования конкретных патологий беременности, кo-культивировать органоиды с материнскими иммунными и эндотелиальными клетками для создания комплексной системы «мать-плацента», а также культивировать их в условиях физиологически низкого содержания кислорода.
Источник:
Richards C., et al. Matrix directs trophoblast differentiation in a bioprinted organoid model of early placental development. // Nat Commun 16, 8267 (2025), published online 12 September 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-62996-0