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Un nuevo dispositivo de microfluidos imita el intercambio de nutrientes entre la madre y el feto afectados por la malaria placentaria
La malaria placentaria resultante de una infección por Plasmodium falciparum puede provocar complicaciones graves para la madre y el niño. Cada año, la malaria placentaria causa casi 200.000 muertes de recién nacidos, principalmente debido al bajo peso al nacer, así como 10.000 muertes maternas. La malaria placentaria es el resultado de glóbulos rojos infectados por parásitos que quedan atrapados en estructuras de ramas parecidas a árboles que forman la placenta. La investigación sobre la placenta humana supone un reto experimental debido a consideraciones éticas y a la inaccesibilidad de los órganos vivos. La anatomía de la placenta humana y la arquitectura de la interfaz materno-fetal, como por ejemplo entre la sangre materna y fetal, son complejas y no pueden compararse con los modelos in vitro modernos...
Un nuevo dispositivo de microfluidos imita el intercambio de nutrientes entre la madre y el feto afectados por la malaria placentaria
La malaria placentaria resultante de una infección por Plasmodium falciparum puede provocar complicaciones graves para la madre y el niño. Cada año, la malaria placentaria causa casi 200.000 muertes de recién nacidos, principalmente debido al bajo peso al nacer, así como 10.000 muertes maternas. La malaria placentaria es el resultado de glóbulos rojos infectados por parásitos que quedan atrapados en estructuras de ramas parecidas a árboles que forman la placenta.
La investigación sobre la placenta humana supone un reto experimental debido a consideraciones éticas y a la inaccesibilidad de los órganos vivos. La anatomía de la placenta humana y la arquitectura de la interfaz materno-fetal, como entre la sangre materna y fetal, son complejas y no pueden reconstruirse fácilmente en su totalidad utilizando modelos in vitro modernos.
Investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la Universidad Atlántica de Florida y la Facultad de Medicina Schmidt han desarrollado un modelo de placenta en un chip que imita el intercambio de nutrientes entre el feto y la madre bajo la influencia de la malaria placentaria. Combinando microbiología con tecnologías de ingeniería, este novedoso modelo 3D utiliza un único chip de microfluidos para estudiar los intrincados procesos que tienen lugar en una placenta infectada con malaria, así como otras enfermedades y patologías relacionadas con la placenta.
Placenta-on-a-Chip simula el flujo sanguíneo e imita el microambiente de la placenta infectada por malaria en este estado de flujo. Con este método, los investigadores estudian exactamente el proceso que ocurre cuando los glóbulos rojos infectados interactúan con los vasos de la placenta. Este microdispositivo les permite medir la difusión de glucosa a través de la barrera placentaria modelada y los efectos de la sangre infectada con una línea de P. falciparum que puede adherirse a la superficie de la placenta utilizando la molécula expresada en la placenta llamada CSA.
Para el estudio, se cultivaron trofoblastos placentarios o células de la capa externa y células endoteliales de la vena umbilical humana en lados opuestos de un gel de matriz extracelular en un sistema de microfluidos compartimentado, formando una barrera fisiológica entre la estructura tubular paralela para imitar una interfaz materno-fetal simplificada de las vellosidades placentarias.
Los resultados, publicados en Scientific Reports, mostraron que los glóbulos rojos infectados que se unen a CSA agregaron resistencia a la barrera placentaria simulada a la perfusión de glucosa y redujeron la transferencia de glucosa a través de esta barrera. La comparación entre la tasa de transporte de glucosa a través de la barrera placentaria en condiciones en las que la sangre no infectada o infectada con P. falciparum fluye hacia las células de la capa externa ayuda a comprender mejor este importante aspecto de la patología de la malaria placentaria y podría usarse potencialmente como modelo para estudiar métodos de tratamiento de la malaria placentaria.
A pesar de los avances en biodetección e imágenes de células vivas, interpretar el transporte a través de la barrera placentaria sigue siendo un desafío. Esto se debe a que el transporte de nutrientes a través de la placenta es un problema complejo que involucra múltiples tipos de células, estructuras multicapa y el acoplamiento entre el consumo de células y la difusión a través de la barrera placentaria. Nuestra tecnología apoya la formación de barreras placentarias de microingeniería e imita la circulación sanguínea, proporcionando enfoques alternativos para las pruebas y la detección”.
Sarah E. Du, Ph.D., autora principal y profesora asociada, Departamento de Ingeniería Mecánica y Oceánica de FAU
La mayor parte del intercambio molecular entre la sangre materna y fetal se produce en estructuras ramificadas parecidas a árboles llamadas árboles vellosos. Dado que la malaria placentaria sólo puede aparecer después del inicio del segundo trimestre, cuando el espacio intervelloso se abre a los glóbulos rojos y blancos infectados, los investigadores se interesaron por el modelo placentario de la interfaz madre-feto, que se forma en la segunda mitad del embarazo.
"Este estudio proporciona información importante sobre el intercambio de nutrientes entre la madre y el feto afectados por la malaria", dijo Stella Batalama, Ph.D., decana de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU. "El estudio del transporte molecular entre los compartimentos materno y fetal puede ayudar a comprender algunos de los mecanismos fisiopatológicos de la malaria placentaria. Es importante destacar que este novedoso dispositivo de microfluidos desarrollado por nuestros investigadores de la Florida Atlantic University podría servir como modelo para otras enfermedades relacionadas con la placenta".
Los coautores del estudio son Babak Mosavati, Ph.D., recién graduado de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU; y Andrew Oleinikov, Ph.D., profesor de ciencias biomédicas en la Facultad de Medicina FAU Schmidt.
La investigación fue apoyada por el Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shriver, el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas y la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente:
Universidad Atlántica de Florida
Referencia:
Mosavati, B., et al. (2022) Modelado 3D asistido por microfluidos del transporte de glucosa en la malaria placentaria. Informes científicos. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.
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