Ново микрофлуидно устройство имитира обмена на хранителни вещества между майката и плода, засегнати от плацентарна малария

Ново микрофлуидно устройство имитира обмена на хранителни вещества между майката и плода, засегнати от плацентарна малария

Плацентарната малария в резултат на инфекция с Plasmodium falciparum може да доведе до сериозни усложнения за майката и детето. Всяка година плацентарната малария причинява близо 200 000 смъртни случая на новородени, главно поради ниско тегло при раждане, както и 10 000 смъртни случая на майки. Плацентарната малария е резултат от заразени с паразити червени кръвни клетки, които се забиват в дървовидни клонови структури, които изграждат плацентата.

Изследването на човешката плацента е експериментално предизвикателство поради етични съображения и недостъпността на живите органи. Анатомията на човешката плацента и архитектурата на интерфейса майка-плод, като например: B. между кръвта на майката и плода, са сложни и не могат лесно да бъдат реконструирани в тяхната цялост с помощта на съвременни in vitro модели.

Изследователи от Колежа по инженерство и компютърни науки на Флоридския Атлантически университет и Медицинския колеж Шмид са разработили модел на плацента върху чип, който имитира обмена на хранителни вещества между плода и майката под влиянието на плацентарна малария. Комбинирайки микробиология с инженерни технологии, този нов 3D модел използва един микрофлуиден чип за изследване на сложните процеси, протичащи в плацентата, заразена с малария, както и други заболявания и патологии, свързани с плацентата.

Placenta-on-a-Chip симулира кръвния поток и имитира микросредата на заразената с малария плацента в това състояние на поток. Използвайки този метод, изследователите изучават точно процеса, който възниква, когато заразените червени кръвни клетки взаимодействат със съдовете на плацентата. Това микроустройство им позволява да измерват дифузията на глюкоза през моделираната плацентарна бариера и ефектите от кръвта, заразена с линия на P. falciparum, която може да се прилепи към повърхността на плацентата, използвайки експресираната от плацентата молекула, наречена CSA.

За изследването плацентарните трофобласти или клетките на външния слой и ендотелните клетки на човешката пъпна вена се култивират от противоположните страни на екстрацелуларен матричен гел в отделена микрофлуидна система, образувайки физиологична бариера между паралелната тубулна структура, за да имитира опростен интерфейс майка-фетален плацентарни вили.

Резултатите, публикувани в Scientific Reports, показват, че CSA-свързващите заразени червени кръвни клетки добавят резистентност към симулираната плацентарна бариера към перфузия на глюкоза и намаляват трансфера на глюкоза през тази бариера. Сравнението между скоростта на транспортиране на глюкоза през плацентарната бариера при условия, когато неинфектирана или инфектирана с P. falciparum кръв тече към клетките на външния слой, помага да се разбере по-добре този важен аспект на патологията на плацентарната малария и потенциално може да се използва като модел за изследване на методите за лечение на плацентарна малария.

Въпреки напредъка в биосензирането и изобразяването на живи клетки, тълкуването на транспорта през плацентарната бариера остава предизвикателство. Това е така, защото транспортирането на хранителни вещества през плацентата е сложен проблем, включващ множество типове клетки, многопластови структури и връзката между потреблението на клетките и дифузията през плацентарната бариера. Нашата технология поддържа образуването на микро-инженерни плацентарни бариери и имитира кръвообращението, предоставяйки алтернативни подходи за тестване и скрининг.“

Сара Е. Ду, доктор, старши автор и доцент, катедра по океанско и машинно инженерство във FAU

По-голямата част от молекулярния обмен между майчината и феталната кръв се извършва в разклонените дървовидни структури, наречени вилозни дървета. Тъй като плацентарната малария може да започне едва след началото на втория триместър, когато междинното пространство се отваря за заразени червени кръвни клетки и бели кръвни клетки, изследователите се интересуват от плацентарния модел на интерфейса майка-плод, който се формира през втората половина на бременността.

„Това проучване предоставя важна информация за обмена на хранителни вещества между майката и плода, засегнати от малария“, каза д-р Стела Баталама, декан на Колежа по инженерство и компютърни науки на FAU. "Изучаването на молекулярния транспорт между отделенията на майката и плода може да помогне да се разберат някои от патофизиологичните механизми при плацентарната малария. Важно е, че това ново микрофлуидно устройство, разработено от нашите изследователи от Атлантическия университет във Флорида, може да служи като модел за други заболявания, свързани с плацентата."

Съавтори на изследването са Бабак Мосавати, Ph.D., наскоро завършил колежа по инженерство и компютърни науки на FAU; и Андрю Олейников, д-р, професор по биомедицински науки в Медицинския колеж FAU Schmidt.

Изследването е подкрепено от Националния институт за детско здраве и човешко развитие Юнис Кенеди Шрайвър, Националния институт по алергии и инфекциозни болести и Националната научна фондация.

източник:

Атлантическия университет във Флорида

Справка:

Mosavati, B., et al. (2022) 3D микрофлуидично подпомагано моделиране на транспорта на глюкоза при плацентарна малария. Научни доклади. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.