جهاز ميكروفلويديك جديد يحاكي تبادل المغذيات بين الأم والجنين المصاب بالملاريا المشيمية

جهاز ميكروفلويديك جديد يحاكي تبادل المغذيات بين الأم والجنين المصاب بالملاريا المشيمية

يمكن أن تؤدي الملاريا المشيمية الناتجة عن عدوى Plasmodium falciparum إلى مضاعفات خطيرة للأم والطفل. وفي كل عام، تتسبب الملاريا المشيمية في وفاة ما يقرب من 200 ألف طفل حديث الولادة، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى انخفاض الوزن عند الولادة، فضلا عن 10 آلاف حالة وفاة بين الأمهات. تنجم الملاريا المشيمية عن خلايا الدم الحمراء المصابة بالطفيليات التي تعلق في هياكل الفروع الشبيهة بالأشجار التي تشكل المشيمة.

يمثل البحث على المشيمة البشرية تحديًا تجريبيًا بسبب الاعتبارات الأخلاقية وعدم إمكانية الوصول إلى الأعضاء الحية. إن تشريح المشيمة البشرية وبنية الواجهة بين الأم والجنين، مثل: B. بين دم الأم والجنين، معقدة ولا يمكن إعادة بنائها بالكامل بسهولة باستخدام النماذج الحديثة في المختبر.

طور باحثون من كلية الهندسة وعلوم الكمبيوتر بجامعة فلوريدا أتلانتيك وكلية شميدت للطب نموذجًا للمشيمة على شريحة يحاكي تبادل العناصر الغذائية بين الجنين والأم تحت تأثير ملاريا المشيمة. من خلال الجمع بين علم الأحياء الدقيقة والتقنيات الهندسية، يستخدم هذا النموذج ثلاثي الأبعاد الجديد شريحة موائع جزيئية واحدة لدراسة العمليات المعقدة التي تحدث في المشيمة المصابة بالملاريا، بالإضافة إلى الأمراض والأمراض الأخرى المرتبطة بالمشيمة.

تحاكي "المشيمة على شريحة" تدفق الدم وتحاكي البيئة الدقيقة للمشيمة المصابة بالملاريا في حالة التدفق هذه. وباستخدام هذه الطريقة، يدرس الباحثون بالضبط العملية التي تحدث عندما تتفاعل خلايا الدم الحمراء المصابة مع أوعية المشيمة. يتيح لهم هذا الجهاز الصغير قياس انتشار الجلوكوز عبر حاجز المشيمة النموذجي وتأثيرات الدم المصاب بخط P. falciparum الذي يمكن أن يلتصق بسطح المشيمة باستخدام جزيء معبر عنه بالمشيمة يسمى CSA.

من أجل الدراسة، تم زراعة الأرومة الغاذية المشيمية أو خلايا الطبقة الخارجية والخلايا البطانية للوريد السري البشري على جوانب متقابلة من هلام المصفوفة خارج الخلية في نظام ميكروفلويديك مجزأ، مما يشكل حاجزًا فسيولوجيًا بين الهيكل الأنبوبي الموازي لتقليد واجهة مبسطة بين الأم والجنين والزغب المشيمي.

وأظهرت النتائج، التي نشرت في التقارير العلمية، أن كرات الدم الحمراء المصابة بـ CSA أضافت مقاومة لحاجز المشيمة المحاكي لنضح الجلوكوز وتقليل نقل الجلوكوز عبر هذا الحاجز. تساعد المقارنة بين معدل نقل الجلوكوز عبر حاجز المشيمة في ظل الظروف التي يتدفق فيها الدم غير المصاب أو المصاب بـ P. falciparum إلى خلايا الطبقة الخارجية على فهم هذا الجانب المهم من أمراض الملاريا المشيمية بشكل أفضل ويمكن استخدامه كنموذج لدراسة طرق علاج الملاريا المشيمية.

على الرغم من التقدم في الاستشعار الحيوي وتصوير الخلايا الحية، فإن تفسير النقل عبر حاجز المشيمة لا يزال يمثل تحديًا. وذلك لأن نقل المغذيات عبر المشيمة يمثل مشكلة معقدة تنطوي على أنواع متعددة من الخلايا، وهياكل متعددة الطبقات، والاقتران بين استهلاك الخلايا وانتشارها عبر حاجز المشيمة. وتدعم تقنيتنا تشكيل حواجز مشيمية مصممة بشكل دقيق وتحاكي الدورة الدموية، مما يوفر طرقًا بديلة للاختبار والفحص.

سارة إي دو، دكتوراه، مؤلفة أولى وأستاذة مشاركة في قسم هندسة المحيطات والهندسة الميكانيكية بجامعة FAU

يحدث معظم التبادل الجزيئي بين دم الأم والجنين في الهياكل الشبيهة بالأشجار المتفرعة والتي تسمى الأشجار الزغابية. وبما أن الملاريا المشيمية لا يمكن أن تبدأ إلا بعد بداية الثلث الثاني من الحمل، عندما تنفتح المساحة بين الزغابات على خلايا الدم الحمراء وخلايا الدم البيضاء المصابة، فقد اهتم الباحثون بنموذج المشيمة للواجهة بين الأم والجنين، والتي تتشكل في النصف الثاني من الحمل.

وقالت ستيلا باتالاما، دكتوراه، عميد كلية الهندسة وعلوم الكمبيوتر بجامعة فلوريدا أتلانتا: "توفر هذه الدراسة معلومات مهمة حول تبادل العناصر الغذائية بين الأم والجنين المصاب بالملاريا". "إن دراسة النقل الجزيئي بين حجرات الأم والجنين قد تساعد في فهم بعض الآليات الفيزيولوجية المرضية في ملاريا المشيمة. والأهم من ذلك، أن جهاز الموائع الدقيقة الجديد هذا الذي طوره باحثونا في جامعة فلوريدا أتلانتيك يمكن أن يكون بمثابة نموذج للأمراض الأخرى المرتبطة بالمشيمة."

المؤلفون المشاركون في الدراسة هم باباك موسافاتي، دكتوراه، وهو خريج حديث من كلية الهندسة وعلوم الكمبيوتر بجامعة FAU؛ وأندرو أولينيكوف، دكتوراه، أستاذ العلوم الطبية الحيوية في كلية الطب FAU شميدت.

تم دعم البحث من قبل معهد يونيس كينيدي شرايفر الوطني لصحة الطفل والتنمية البشرية، والمعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية، والمؤسسة الوطنية للعلوم.

مصدر:

جامعة فلوريدا أتلانتيك

مرجع:

موسافاتي، ب، وآخرون. (2022) النمذجة ثلاثية الأبعاد بمساعدة الموائع الدقيقة لنقل الجلوكوز في الملاريا المشيمية. التقارير العلمية. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.