Νέα συσκευή μικρορευστοποίησης μιμείται την ανταλλαγή θρεπτικών ουσιών μεταξύ μητέρας και εμβρύου που έχει προσβληθεί από ελονοσία του πλακούντα

Νέα συσκευή μικρορευστοποίησης μιμείται την ανταλλαγή θρεπτικών ουσιών μεταξύ μητέρας και εμβρύου που έχει προσβληθεί από ελονοσία του πλακούντα

Η ελονοσία του πλακούντα που προκύπτει από τη μόλυνση με Plasmodium falciparum μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές επιπλοκές για τη μητέρα και το παιδί. Κάθε χρόνο, η ελονοσία του πλακούντα προκαλεί σχεδόν 200.000 θανάτους νεογνών, κυρίως λόγω χαμηλού βάρους γέννησης, καθώς και 10.000 μητρικούς θανάτους. Η ελονοσία του πλακούντα προκύπτει από μολυσμένα από παράσιτα ερυθρά αιμοσφαίρια που κολλάνε σε δομές κλαδιών που μοιάζουν με δέντρο που αποτελούν τον πλακούντα.

Η έρευνα για τον ανθρώπινο πλακούντα είναι πειραματικά δύσκολη λόγω ηθικών κριτηρίων και της απρόσιτης πρόσβασης των ζωντανών οργάνων. Η ανατομία του ανθρώπινου πλακούντα και η αρχιτεκτονική της διεπαφής μητέρας-εμβρύου, όπως: Β. μεταξύ μητρικού και εμβρυϊκού αίματος, είναι πολύπλοκα και δεν μπορούν εύκολα να ανακατασκευαστούν στο σύνολό τους χρησιμοποιώντας σύγχρονα μοντέλα in vitro.

Ερευνητές από το Κολλέγιο Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Florida Atlantic και το Ιατρικό Κολέγιο Schmidt ανέπτυξαν ένα μοντέλο πλακούντα σε τσιπ που μιμείται την ανταλλαγή θρεπτικών ουσιών μεταξύ του εμβρύου και της μητέρας υπό την επίδραση της ελονοσίας του πλακούντα. Συνδυάζοντας τη μικροβιολογία με τις τεχνολογίες μηχανικής, αυτό το νέο τρισδιάστατο μοντέλο χρησιμοποιεί ένα ενιαίο μικρορευστο τσιπ για να μελετήσει τις περίπλοκες διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε έναν πλακούντα που έχει μολυνθεί από ελονοσία, καθώς και άλλες ασθένειες και παθολογίες που σχετίζονται με τον πλακούντα.

Το Placenta-on-a-Chip προσομοιώνει τη ροή του αίματος και μιμείται το μικροπεριβάλλον του μολυσμένου από ελονοσία πλακούντα σε αυτήν την κατάσταση ροής. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, οι ερευνητές μελετούν ακριβώς τη διαδικασία που συμβαίνει όταν τα μολυσμένα ερυθρά αιμοσφαίρια αλληλεπιδρούν με τα αγγεία του πλακούντα. Αυτή η μικροσυσκευή τους επιτρέπει να μετρούν τη διάχυση γλυκόζης κατά μήκος του διαμορφωμένου φραγμού του πλακούντα και τις επιδράσεις του αίματος που έχει μολυνθεί με μια γραμμή P. falciparum που μπορεί να προσκολληθεί στην επιφάνεια του πλακούντα χρησιμοποιώντας το εκφραζόμενο από τον πλακούντα μόριο που ονομάζεται CSA.

Για τη μελέτη, τροφοβλάστες πλακούντα ή κύτταρα εξωτερικής στοιβάδας και ενδοθηλιακά κύτταρα ανθρώπινης ομφαλικής φλέβας καλλιεργήθηκαν στις αντίθετες πλευρές μιας γέλης εξωκυτταρικής μήτρας σε ένα διαμερισματοποιημένο μικρορευστο σύστημα, σχηματίζοντας ένα φυσιολογικό φράγμα μεταξύ της παράλληλης σωληναριακής δομής για να μιμηθεί μια απλοποιημένη διεπαφή μητέρας-εμβρυϊκού πλακούντα.

Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν στο Scientific Reports, έδειξαν ότι τα μολυσμένα με CSA RBC πρόσθεσαν αντίσταση στον προσομοιωμένο φραγμό του πλακούντα στην αιμάτωση της γλυκόζης και μείωσαν τη μεταφορά γλυκόζης σε αυτό το φράγμα. Η σύγκριση μεταξύ του ρυθμού μεταφοράς γλυκόζης μέσω του φραγμού του πλακούντα υπό συνθήκες όπου μη μολυσμένο ή μολυσμένο με P. falciparum αίμα ρέει προς τα κύτταρα του εξωτερικού στρώματος βοηθά στην καλύτερη κατανόηση αυτής της σημαντικής πτυχής της παθολογίας της ελονοσίας του πλακούντα και θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί ως μοντέλο για τη μελέτη μεθόδων θεραπείας της ελονοσίας του πλακούντα.

Παρά τις προόδους στον βιοαισθητήρα και στην απεικόνιση ζωντανών κυττάρων, η ερμηνεία της μεταφοράς μέσω του φραγμού του πλακούντα παραμένει μια πρόκληση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μεταφορά θρεπτικών ουσιών μέσω του πλακούντα είναι ένα σύνθετο πρόβλημα που περιλαμβάνει πολλούς τύπους κυττάρων, πολυστρωματικές δομές και τη σύζευξη μεταξύ της κατανάλωσης κυττάρων και της διάχυσης κατά μήκος του φραγμού του πλακούντα. Η τεχνολογία μας υποστηρίζει το σχηματισμό μικρο-μηχανικών φραγμών του πλακούντα και μιμείται την κυκλοφορία του αίματος, παρέχοντας εναλλακτικές προσεγγίσεις στις δοκιμές και τον προσυμπτωματικό έλεγχο».

Sarah E. Du, Ph.D., Ανώτερη Συγγραφέας και Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Τμήμα Ωκεανών και Μηχανολόγων Μηχανικών στο FAU

Το μεγαλύτερο μέρος της μοριακής ανταλλαγής μεταξύ του μητρικού και του εμβρυϊκού αίματος συμβαίνει στις διακλαδισμένες δομές που μοιάζουν με δέντρα που ονομάζονται λαχνοειδή δέντρα. Δεδομένου ότι η ελονοσία του πλακούντα μπορεί να ξεκινήσει μόνο μετά την έναρξη του δεύτερου τριμήνου, όταν ο μεσολαχνικός χώρος ανοίγει σε μολυσμένα ερυθρά αιμοσφαίρια και λευκά αιμοσφαίρια, οι ερευνητές ενδιαφέρθηκαν για το μοντέλο πλακούντα της διεπαφής μητέρας-έμβρυου, που σχηματίζεται στο δεύτερο μισό της εγκυμοσύνης.

«Αυτή η μελέτη παρέχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την ανταλλαγή θρεπτικών συστατικών μεταξύ της μητέρας και του εμβρύου που έχει προσβληθεί από ελονοσία», δήλωσε η Stella Batalama, Ph.D., κοσμήτορας, FAU College of Engineering and Computer Science. "Η μελέτη της μοριακής μεταφοράς μεταξύ μητρικών και εμβρυϊκών διαμερισμάτων μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση ορισμένων από τους παθοφυσιολογικούς μηχανισμούς στην ελονοσία του πλακούντα. Είναι σημαντικό ότι αυτή η νέα μικρορευστοποιητική συσκευή που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές μας στο Florida Atlantic University θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως μοντέλο για άλλες ασθένειες που σχετίζονται με τον πλακούντα."

Συν-συγγραφείς της μελέτης είναι ο Babak Mosavati, Ph.D., πρόσφατος πτυχιούχος του Κολλεγίου Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών της FAU. και Andrew Oleinikov, Ph.D., καθηγητής βιοϊατρικών επιστημών στο FAU Schmidt College of Medicine.

Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ινστιτούτο Παιδικής Υγείας και Ανθρώπινης Ανάπτυξης Eunice Kennedy Shriver, το Εθνικό Ινστιτούτο Αλλεργιών και Λοιμωδών Νοσημάτων και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.

Πηγή:

Florida Atlantic University

Αναφορά:

Mosavati, B., et al. (2022) Τρισδιάστατη μοντελοποίηση μεταφοράς γλυκόζης υποβοηθούμενη από μικρορευστοποίηση στην ελονοσία του πλακούντα. Επιστημονικές αναφορές. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.