زایمان زودرس (PTB) همچنان یکی از علل اصلی بیماری و مرگ‌ومیر نوزادان محسوب می‌شود، به‌ویژه زمانی که ناشی از التهاب باشد که به دلیل فیزیولوژی پیچیده آن، چالشی جدی ایجاد می‌کند. برای مقابله با این مسئله، ما یک پلتفرم درون‌کشتگاهی توسعه دادیم که از سلول‌های میومتریال انسانی جاودانه‌شده با hTERT (hTERT-HM) بهره می‌برد و با یک سیستم زیست‌حسگری آرایه چندالکترودی (MEA) و تصویربرداری نوری کلسیم یکپارچه شده است.
در مقایسه با سلول‌های اولیه “میومتریال” رحم، سلول‌های hTERT-HM قابلیت تکرارپذیری بالاتر، مقیاس‌پذیری زیاد و سهولت در دست‌کاری را نشان می‌دهند و امکان تحقیقات پایدار و در مقیاس بزرگ را فراهم می‌کنند. این سیستم پیشرفته، پایش هم‌زمان و بلادرنگ فعالیت‌های الکتروفیزیولوژیکی و تغییرات گذرای کلسیم داخل‌سلولی را امکان‌پذیر کرده و بینش دقیقی از رفتار سلول‌های رحم در شرایط زایمان زودرس ناشی از التهاب ارائه می‌دهد.
میومتریال دیواره عضلانی رحم است که در شرایط فیزیولوژیکی و پاتولوژیک خاص تغییرات قابل توجهی در اندازه و خواص سلولی دارد.
مطالعه ما نشان داد که “اکسی‌توسین (OT)” موجب انقباضات منظم در سلول‌های hTERT-HM می‌شود، اما ترکیب آن با لیپوپلی‌ساکارید (LPS) الگوهای الکتروفیزیولوژیکی و سیگنال‌دهی کلسیمی را مختل کرده و شرایطی شبیه به زایمان زودرس ناشی از التهاب را بازآفرینی می‌کند. در همین حال، سولفات منیزیم به‌طور مؤثر توانایی سرکوب آزادسازی کلسیم ناشی از OT را دارد و سیگنال‌های نامنظم الکتروفیزیولوژیکی القاشده توسط LPS را کاهش می‌دهد.
اکسی توسین هورمونی است که در هیپوتالاموس تولید شده و توسط غده هیپوفیز وارد جریان خون می شود. عملکرد اصلی آن تسهیل زایمان است که یکی از دلایلی است که به آن «داروی عشق» یا «هورمون عشق» می گویند.
با یکپارچه‌سازی فناوری‌های پیشرفته زیست‌حسگری و بهره‌گیری از مزایای سلول‌های hTERT-HM، این پلتفرم یک مدل قابل‌اعتماد و تکرارپذیر برای مطالعه مکانیسم‌های زایمان زودرس التهابی و توسعه درمان‌های هدفمند ارائه می‌دهد.
- نقش زیست‌حسگری در بررسی زایمان زودرس (PTB)
زایمان زودرس (PTB)، که به تولد پیش از هفته ۳۷ بارداری گفته می‌شود، یکی از علل اصلی بیماری و مرگ‌ومیر نوزادان در سراسر جهان است. بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، سالانه حدود ۱۵ میلیون نوزاد نارس متولد می‌شوند که بیش از ۳۵٪ از مرگ‌ومیرهای نوزادی را شامل می‌شود. این مشکل به‌ویژه در مناطق کم‌برخوردار، که دسترسی محدود به مراقبت‌های دوران بارداری دارند، شدیدتر است و پیامدهای نامطلوبی را به همراه دارد. نوزادان نارس اغلب با عوارض جدی مانند سندرم زجر تنفسی، فلج مغزی و اختلالات عصبی-رشدی بلندمدت مواجه می‌شوند. با توجه به افزایش شیوع جهانی PTB، نیاز مبرمی به بهبود ابزارهای تشخیصی، راهبردهای پیشگیری و روش‌های درمانی مؤثر وجود دارد.
- نقش التهاب در زایمان زودرس و چالش‌های زیست‌حسگری سنتی
PTB ارتباط تنگاتنگی با التهاب دارد، که یک پاسخ ایمنی بنیادین در برابر عفونت، آسیب یا اختلال در سیگنال‌های ایمنی است. در این فرآیند، مسیرهایی مانند NF-κB فعال می‌شوند و “سیتوکین‌های التهابی” آزاد می‌گردند که تعادل میومتریوم رحم را بر هم می‌زنند. این واسطه‌های التهابی باعث انقباضات نامنظم میومتریال و تغییرات زودهنگام در دهانه رحم شده و بنابراین خطر PTB را به‌شدت افزایش می‌دهند.
سیتوکین ها پروتئین هایی هستند که به کنترل التهاب در بدن کمک می کنند. آنها به سیستم ایمنی شما اجازه می دهند تا در صورت ورود میکروب ها یا سایر موادی که می توانند شما را بیمار کنند، دفاعی را انجام دهد.
برای مطالعه مکانیسم‌های پیچیده بیماری‌های ناشی از التهاب، پلتفرم‌های زیست‌حسگری سنتی مانند حسگرهای الکتروشیمیایی و زیست‌حسگرهای نوری به‌طور گسترده استفاده شده‌اند. حسگرهای الکتروشیمیایی ابزارهایی با حساسیت بالا هستند که می‌توانند تعاملات بیومولکولی را به سیگنال‌های الکتریکی قابل‌اندازه‌گیری تبدیل کنند. بااین‌حال، حساسیت بالای آنها به تداخل‌های بیولوژیکی در محیط‌های پیچیده، قابلیت اطمینان آنها را در کاربردهای واقعی کاهش می‌دهد. زیست‌حسگرهای نوری، به‌ویژه تشدید پلاسمون سطحی (SPR)، قابلیت پایش بلادرنگ و بدون نیاز به برچسب‌گذاری را دارند و از دقت بالایی در شناسایی تعاملات مولکولی برخوردارند. بااین‌حال، هزینه عملیاتی بالا و مقیاس‌پذیری محدود، موانعی برای استفاده گسترده از آنها ایجاد کرده است. این محدودیت‌ها بر نیاز به رویکردهای زیست‌حسگری پیشرفته برای غلبه بر چالش‌های فنی پلتفرم‌های سنتی تأکید می‌کند.
- پلتفرم‌های زیست‌حسگری چندوجهی و کاربرد آنها در PTB
در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های فناوری زیست‌حسگری بر پتانسیل پلتفرم‌های چندوجهی مانند آرایه‌های میکروالکترودی (MEA) و تصویربرداری نوری کلسیم برای مطالعه فرآیندهای زیستی پیچیده تأکید کرده‌اند. MEAها برای پایش فعالیت الکتروفیزیولوژیکی با دقت زمانی بالا طراحی شده‌اند و بینشی عمیق از تحریک‌پذیری سلولی، سیگنال‌دهی الکتریکی و رفتارهای شبکه‌ای دینامیک در بافت‌هایی مانند میوکارد ارائه می‌دهد. ماهیت غیرتهاجمی MEAها این امکان را فراهم می‌کند که فعالیت الکتریکی چندین سلول به‌طور هم‌زمان ثبت شده و تأثیر واسطه‌های التهابی بر سیگنال‌های الکتروفیزیولوژیکی بررسی شود.
از سوی دیگر، تصویربرداری نوری، به‌ویژه تصویربرداری کلسیم، این رویکرد را با نمایش فضایی تغییرات گذرای کلسیم داخل‌سلولی تکمیل می‌کند. این تغییرات نقش حیاتی در تنظیم پاسخ‌های التهابی و انقباضی سلول‌ها دارند. نشانگرهای فلورسنت کلسیم، مانند Fluo-4 AM، امکان ردیابی دقیق سیگنال‌های کلسیمی داخل سلول را فراهم می‌کنند و ارتباط پیچیده بین التهاب، سیگنال‌دهی کلسیمی و عملکرد سلولی را آشکار می‌سازند. دقت زمانی MEAها و وضوح فضایی تصویربرداری نوری در کنار هم یک رویکرد هم‌افزا ایجاد می‌کنند، زیرا تغییرات گذرای کلسیم داخل‌سلولی مستقیماً بر فعالیت انقباضی تأثیر می‌گذارد و به این ترتیب، شکاف بین تحلیل‌های مولکولی و عملکردی را پر می‌کند. با وجود این پتانسیل چشمگیر، استفاده از این پلتفرم‌های چندوجهی در مطالعه بیماری‌های زنان و زایمان، از جمله PTB، همچنان نسبتاً کم‌تر مورد بررسی قرار گرفته است.
- پلتفرم پیشنهادی و اهداف این مطالعه
در این مطالعه، ما فناوری زیست‌حسگری MEA را با تصویربرداری نوری کلسیم یکپارچه کردیم تا درک جامعی از زایمان زودرس ناشی از التهاب به دست آوریم. این دو تکنیک به‌طور هم‌زمان امکان ارزیابی سیگنال‌های الکتروفیزیولوژیکی و تغییرات کلسیمی داخل‌سلولی را فراهم می‌کنند و واکنش‌های سلولی به محرک‌هایی مانند اکسی‌توسین و عوامل التهابی را با دقت شناسایی می‌کنند.
این پلتفرم دووجهی، مدلی قابل‌اعتماد و تکرارپذیر برای بررسی مکانیسم‌های دخیل در PTB ناشی از التهاب ارائه می‌دهد و از توسعه راهکارهای درمانی هدفمند جدید پشتیبانی می‌کند.
References: