Nové mikrofluidní zařízení napodobuje výměnu živin mezi matkou a plodem postiženým placentární malárií

Nové mikrofluidní zařízení napodobuje výměnu živin mezi matkou a plodem postiženým placentární malárií

Placentární malárie způsobená infekcí Plasmodium falciparum může vést k vážným komplikacím pro matku a dítě. Placentární malárie každoročně způsobí téměř 200 000 úmrtí novorozenců, především kvůli nízké porodní váze, a také 10 000 úmrtí matek. Placentární malárie vzniká v důsledku parazitem infikovaných červených krvinek, které uvíznou ve stromových větvích, které tvoří placentu.

Výzkum lidské placenty je experimentálně náročný kvůli etickým ohledům a nedostupnosti živých orgánů. Anatomie lidské placenty a architektura mateřsko-fetálního rozhraní, jako např.: B. mezi mateřskou a fetální krví, jsou složité a nelze je jednoduše rekonstruovat jako celek pomocí moderních in vitro modelů.

Výzkumníci z College of Engineering and Computer Science a Schmidt College of Medicine vyvinuli model placenta-on-a-chip, který napodobuje výměnu živin mezi plodem a matkou pod vlivem placentární malárie. Tento nový 3D model, který kombinuje mikrobiologii s inženýrskými technologiemi, využívá jediný mikrofluidní čip ke studiu složitých procesů, které probíhají v placentě infikované malárií, stejně jako dalších chorob a patologií souvisejících s placentou.

Placenta-on-a-Chip simuluje průtok krve a napodobuje mikroprostředí placenty infikované malárií v tomto stavu průtoku. Pomocí této metody vědci přesně studují proces, ke kterému dochází, když infikované červené krvinky interagují s cévami placenty. Toto mikrozařízení jim umožňuje měřit difúzi glukózy přes modelovanou placentární bariéru a účinky krve infikované linií P. falciparum, která může přilnout k povrchu placenty pomocí molekuly exprimované v placentě zvané CSA.

Pro studii byly placentární trofoblasty nebo buňky vnější vrstvy a lidské endoteliální buňky pupečníkové žíly kultivovány na opačných stranách gelu extracelulární matrice v kompartmentalizovaném mikrofluidním systému, který tvoří fyziologickou bariéru mezi paralelní tubulární strukturou, aby napodobil zjednodušené rozhraní matky a plodu placentární klky.

Výsledky publikované ve Scientific Reports ukázaly, že infikované RBC vázající CSA přidaly rezistenci k simulované placentární bariéře k perfuzi glukózy a snížily přenos glukózy přes tuto bariéru. Srovnání mezi rychlostí transportu glukózy přes placentární bariéru za podmínek, kdy neinfikovaná krev nebo krev infikovaná P. falciparum proudí do buněk vnější vrstvy, pomáhá lépe porozumět tomuto důležitému aspektu patologie placentární malárie a mohlo by být potenciálně použito jako model pro studium metod léčby placentární malárie.

Navzdory pokroku v biosensingu a zobrazování živých buněk zůstává interpretace transportu přes placentární bariéru výzvou. Je to proto, že transport živin přes placentu je komplexní problém zahrnující více typů buněk, vícevrstvé struktury a spojení mezi spotřebou buněk a difúzí přes placentární bariéru. Naše technologie podporuje tvorbu placentárních bariér vytvořených mikroinženýrstvím a napodobuje krevní oběh, čímž poskytuje alternativní přístupy k testování a screeningu.

Sarah E. Du, Ph.D., hlavní autor a docent, Katedra oceánského a strojního inženýrství na FAU

Většina molekulární výměny mezi mateřskou a fetální krví probíhá ve větvících se stromovitých strukturách nazývaných vilózní stromy. Vzhledem k tomu, že placentární malárie může začít až po začátku druhého trimestru, kdy se intervilózní prostor otevře infikovaným červeným krvinkám a bílým krvinkám, vědce zajímal placentární model rozhraní matka-fet, který se tvoří v druhé polovině těhotenství.

"Tato studie poskytuje důležité informace o výměně živin mezi matkou a plodem postiženým malárií," řekla Stella Batalama, Ph.D., děkanka, FAU College of Engineering and Computer Science. "Studium molekulárního transportu mezi mateřským a fetálním kompartmentem může pomoci pochopit některé patofyziologické mechanismy u placentární malárie. Důležité je, že toto nové mikrofluidní zařízení vyvinuté našimi výzkumníky z Florida Atlantic University by mohlo sloužit jako model pro další onemocnění související s placentou."

Spoluautory studie jsou Babak Mosavati, Ph.D., čerstvý absolvent Vysoké školy inženýrství a informatiky FAU; a Andrew Oleinikov, Ph.D., profesor biomedicínských věd na FAU Schmidt College of Medicine.

Výzkum podpořily Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development, National Institute of Allergy and Infectious Diseases a National Science Foundation.

Zdroj:

Florida Atlantic University

Odkaz:

Mosavati, B., a kol. (2022) 3D mikrofluidikou asistované modelování transportu glukózy u placentární malárie. Vědecké zprávy. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.