Ny mikrofluidisk enhed efterligner udveksling af næringsstoffer mellem mor og foster ramt af placenta malaria

Ny mikrofluidisk enhed efterligner udveksling af næringsstoffer mellem mor og foster ramt af placenta malaria

Placental malaria som følge af Plasmodium falciparum-infektion kan føre til alvorlige komplikationer for mor og barn. Hvert år forårsager placenta malaria næsten 200.000 nyfødte dødsfald, primært på grund af lav fødselsvægt, samt 10.000 mødredødsfald. Placental malaria skyldes parasit-inficerede røde blodlegemer, der sætter sig fast i trælignende grenstrukturer, der udgør moderkagen.

Forskning i den menneskelige moderkage er eksperimentelt udfordrende på grund af etiske overvejelser og de levende organers utilgængelighed. Anatomien af ​​den menneskelige placenta og arkitekturen af ​​den moder-føtale grænseflade, såsom: B. mellem moderens og fosterets blod, er komplekse og kan ikke let rekonstrueres i deres helhed ved hjælp af moderne in vitro-modeller.

Forskere fra Florida Atlantic University's College of Engineering and Computer Science og Schmidt College of Medicine har udviklet en placenta-på-en-chip-model, der efterligner udveksling af næringsstoffer mellem fosteret og moderen under indflydelse af placenta malaria. Ved at kombinere mikrobiologi med tekniske teknologier bruger denne nye 3D-model en enkelt mikrofluidisk chip til at studere de indviklede processer, der finder sted i en placenta inficeret med malaria, såvel som andre placenta-relaterede sygdomme og patologier.

Placenta-on-a-Chip simulerer blodgennemstrømning og efterligner mikromiljøet i den malaria-inficerede placenta i denne flowtilstand. Ved hjælp af denne metode studerer forskere præcis den proces, der opstår, når de inficerede røde blodlegemer interagerer med moderkagens kar. Denne mikroenhed giver dem mulighed for at måle glukosediffusion over den modellerede placentabarriere og virkningerne af blod inficeret med en P. falciparum-linje, der kan klæbe til overfladen af ​​placenta ved hjælp af det placenta-udtrykte molekyle kaldet CSA.

Til undersøgelsen blev placentale trofoblaster eller ydre lagceller og humane navlevene-endotelceller dyrket på modsatte sider af en ekstracellulær matrixgel i et kompartmentaliseret mikrofluidisk system, der danner en fysiologisk barriere mellem den parallelle rørformede struktur for at efterligne en forenklet moder-føtal grænseflade Placental villi.

Resultaterne, offentliggjort i Scientific Reports, viste, at CSA-bindende inficerede RBC'er tilføjede resistens til den simulerede placentabarriere mod glucoseperfusion og reducerede glucoseoverførsel over denne barriere. Sammenligningen mellem hastigheden af ​​glukosetransport over placentabarrieren under forhold, hvor uinficeret eller P. falciparum-inficeret blod strømmer til celler i det ydre lag, hjælper til bedre at forstå dette vigtige aspekt af placental malariapatologi og kan potentielt bruges som en model til at studere metoder til behandling af placental malaria.

På trods af fremskridt inden for biosensing og levende-celle-billeddannelse er fortolkning af transport over placentabarrieren stadig en udfordring. Dette skyldes, at næringsstoftransport over moderkagen er et komplekst problem, der involverer flere celletyper, flerlagsstrukturer og koblingen mellem celleforbrug og diffusion over placentabarrieren. Vores teknologi understøtter dannelsen af ​​mikrokonstruerede placentabarrierer og efterligner blodcirkulationen, hvilket giver alternative tilgange til test og screening."

Sarah E. Du, Ph.D., seniorforfatter og lektor, Institut for hav- og maskinteknik på FAU

Det meste af den molekylære udveksling mellem moderens og fosterets blod sker i de forgrenede trælignende strukturer kaldet villøse træer. Da placenta malaria først kan begynde efter starten af ​​andet trimester, når det intervilløse rum åbner sig for inficerede røde blodlegemer og hvide blodlegemer, var forskerne interesserede i placentamodellen af ​​moder-føtale grænsefladen, som dannes i anden halvdel af graviditeten.

"Denne undersøgelse giver vigtig information om udvekslingen af ​​næringsstoffer mellem mor og foster ramt af malaria," sagde Stella Batalama, Ph.D., dekan, FAU College of Engineering and Computer Science. "At studere molekylær transport mellem moder- og føtale rum kan hjælpe med at forstå nogle af de patofysiologiske mekanismer i placenta malaria. Vigtigt er det, at denne nye mikrofluidiske enhed udviklet af vores forskere ved Florida Atlantic University kunne tjene som model for andre placenta-relaterede sygdomme."

Medforfattere til undersøgelsen er Babak Mosavati, Ph.D., nyuddannet fra FAU's College of Engineering and Computer Science; og Andrew Oleinikov, Ph.D., professor i biomedicinske videnskaber ved FAU Schmidt College of Medicine.

Forskningen blev støttet af Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development, National Institute of Allergy and Infectious Diseases og National Science Foundation.

Kilde:

Florida Atlantic University

Reference:

Mosavati, B., et al. (2022) 3D mikrofluidik-assisteret modellering af glukosetransport i placental malaria. Videnskabelige rapporter. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.