Biocyfrowy bliźniak do bezpieczniejszych badań nad ciążą
W całej Europie zdecydowana większość zgonów noworodków i płodów dotyczy wcześniaków. Pomimo postępu medycyny, liczba przedwczesnych porodów rośnie wraz z podwyższaniem się wieku matki i rosnących zagrożeń środowiskowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Zrozumienie, w jaki sposób substancje chemiczne i leki wpływają na rozwijający się płód, pozostaje kluczowym wyzwaniem, ponieważ nie ma możliwości bezpośredniego badania wczesnej ciąży u ludzi. Chociaż ludzkie łożysko jest dobrze zbadane, modelowanie jego zachowania transportowego w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych pozostaje trudne. Modele zwierzęce słabo odwzorowują biologię ludzkiego łożyska i nie są w stanie wiernie przewidzieć niekorzystnych skutków dla ciąży spowodowanych narażeniem na szkodliwe substancje chemiczne i leki.
Uzupełnienie badań nad bezpieczeństwem ciąży
Celem projektu LIFESAVER(odnośnik otworzy się w nowym oknie), finansowanego ze środków UE, było uzupełnienie brakującej wiedzy naukowej poprzez opracowanie biocyfrowego bliźniaka, który odtwarzałby środowisko łożyska oraz interakcje między matką a płodem w laboratorium. Platforma łączy zaawansowane modele in vitro z symulacjami komputerowymi w celu zbadania, w jaki sposób substancje przekraczają barierę łożyska i potencjalnie wpływają na rozwój płodu. „Badania nad bezpieczeństwem ciąży stoją przed wyjątkowym dylematem. Nie możemy przeprowadzać testów bezpośrednio we wczesnej ciąży, a modele zwierzęce nie odzwierciedlają funkcjonowania ludzkiego łożyska. Pozostawia to poważną lukę w wiedzy naukowej”, wyjaśnia Michael Gasik, kierownik naukowy konsorcjum LIFESAVER. Za projektem stoi idea ochrony kobiet w ciąży i płodów poprzez generowanie wyników naukowych potrzebnych do lepszej regulacji substancji chemicznych i farmaceutyków. W dłuższej perspektywie może to przyczynić się do zdrowszych ciąż oraz zmniejszyć ryzyka związane z przedwczesnym porodem, które wiążą się z chorobami trwającymi całe życie, takimi jak infekcje, cukrzyca, porażenie mózgowe i zaburzenia poznawcze.
Biocyfrowy bliźniak łożyska
W ramach projektu LIFESAVER opracowano hybrydowy system, który łączy eksperymenty laboratoryjne z modelowaniem cyfrowym. Zespół wykorzystał biodruk 3D i inżynierię tkankową do budowy funkcjonalnych modeli tkanek łożyska, które naśladują biologiczne zachowanie połączenia między matką a płodem. Ten układ in vitro oparty jest na platformie mikrofluidycznej z dwoma obiegami krążenia(odnośnik otworzy się w nowym oknie), która naśladuje krążenie matki i płodu oddzielone od siebie warstwą barierową. Taka konfiguracja umożliwia precyzyjną kontrolę warunków przepływu, automatyczne wprowadzanie związków chemicznych oraz czasowe pobieranie próbek transportowanych substancji. Pozwala również na badanie kinetyki transportu jako procesu zależnego od czasu. Zarejestrowane dane są następnie łączone z symulacjami komputerowymi, które modelują procesy transportu przez barierę krew-łożysko. „Biocyfrowy bliźniak pozwala nam odtworzyć krążenie matki i płodu w kontrolowanych warunkach i połączyć dane eksperymentalne z modelowaniem cyfrowym. To właśnie ta integracja odpowiada za siłę tego podejścia” — podkreśla Gasik.
Na drodze do bezpieczniejszych środków chemicznych i leków
Walidacja laboratoryjna potwierdziła stabilne działanie platformy z dwoma obiegami krwi i powtarzalne stosowanie badanych związków. Eksperymenty transportowe mające wykazać słuszność koncepcji pokazały zachowanie zgodne z oczekiwaną przepuszczalnością przez barierę membranową. „Kluczowym rezultatem jest to, że jesteśmy w stanie określić ilościowo transport w kontrolowanych i powtarzalnych warunkach przepływu. Jest to fundamentalne dla realistycznego modelowania narażenia matki i płodu” — podkreśla Gasik. Naukowcy ponadto przygotowali zalecenia dotyczące polityki i nawiązali współpracę z zainteresowanymi stronami w celu zbadania, w jaki sposób takie platformy mogłyby wspierać nowe podejścia do oceny bezpieczeństwa chemicznego i farmaceutycznego. Mogłyby pomóc zmniejszyć zależność od testów na zwierzętach i dostarczyć więcej dowodów istotnych dla ludzi w badaniach nad bezpieczeństwem ciąży. Mogą również wspierać przyszłe wysiłki polityki europejskiej mające na celu ochronę zdrowia matki i płodu.
