Uus mikrofluidiseade jäljendab toitainete vahetust platsenta malaariast mõjutatud ema ja loote vahel

Uus mikrofluidiseade jäljendab toitainete vahetust platsenta malaariast mõjutatud ema ja loote vahel

Plasmodium falciparum'i infektsioonist põhjustatud platsenta malaaria võib emale ja lapsele põhjustada tõsiseid tüsistusi. Igal aastal põhjustab platsenta malaaria peaaegu 200 000 vastsündinu surma, peamiselt madala sünnikaalu tõttu, ja 10 000 emade surma. Platsenta malaaria tuleneb parasiitidega nakatunud punastest verelibledest, mis takerduvad platsenta moodustavatesse puulaadsetesse okstesse.

Inimese platsenta uurimine on eetiliste kaalutluste ja elusorganite ligipääsmatuse tõttu eksperimentaalselt keeruline. Inimese platsenta anatoomia ja ema-loote liidese arhitektuur, näiteks: B. ema ja loote vere vahel, on keerulised ja neid ei ole võimalik tänapäevaste in vitro mudelite abil hõlpsasti tervikuna rekonstrueerida.

Florida Atlandi Ülikooli tehnika- ja arvutiteaduste kolledži ning Schmidti meditsiinikolledži teadlased on välja töötanud platsenta-kiibil mudeli, mis jäljendab platsentamalaaria mõjul loote ja ema vahelist toitainete vahetust. See uudne 3D-mudel, mis ühendab mikrobioloogiat inseneritehnoloogiatega, kasutab üht mikrofluidkiipi, et uurida malaariaga nakatunud platsentas toimuvaid keerulisi protsesse, aga ka muid platsentaga seotud haigusi ja patoloogiaid.

Placenta-on-a-Chip simuleerib verevoolu ja jäljendab malaariaga nakatunud platsenta mikrokeskkonda selles vooluseisundis. Seda meetodit kasutades uurivad teadlased täpselt protsessi, mis toimub siis, kui nakatunud punased verelibled interakteeruvad platsenta veresoontega. See mikroseade võimaldab mõõta glükoosi difusiooni läbi modelleeritud platsentaarbarjääri ja platsenta pinnale kleepuva P. falciparumi liiniga nakatunud vere mõjusid, kasutades platsentas ekspresseeritud molekuli nimega CSA.

Uuringu jaoks kultiveeriti platsenta trofoblaste või väliskihi rakke ja inimese nabaveeni endoteelirakke ekstratsellulaarse maatriksi geeli vastaskülgedel lahterdatud mikrofluidsüsteemis, moodustades paralleelse torukujulise struktuuri vahel füsioloogilise barjääri, et jäljendada lihtsustatud ema-loote liidest Platsenta villi.

Ajakirjas Scientific Reports avaldatud tulemused näitasid, et CSA-ga seonduvad nakatunud RBC-d suurendasid simuleeritud platsentaarbarjääri resistentsust glükoosi perfusiooni suhtes ja vähendasid glükoosi ülekannet läbi selle barjääri. Glükoosi transportimise kiiruse võrdlemine läbi platsentabarjääri tingimustes, mil nakatamata või P. falciparumiga nakatunud veri voolab väliskihi rakkudesse, aitab paremini mõista platsentamalaaria patoloogia seda olulist aspekti ja seda võib potentsiaalselt kasutada mudelina platsentamalaaria ravimeetodite uurimiseks.

Vaatamata edusammudele biosenseerimise ja elusrakkude pildistamise vallas on platsentaarbarjääri läbiva transpordi tõlgendamine endiselt väljakutse. Seda seetõttu, et toitainete transport läbi platsenta on keeruline probleem, mis hõlmab mitut rakutüüpi, mitmekihilisi struktuure ning seost rakkude tarbimise ja difusiooni vahel läbi platsentaarbarjääri. Meie tehnoloogia toetab mikrotehniliste platsentabarjääride teket ja jäljendab vereringet, pakkudes alternatiivseid lähenemisviise testimiseks ja sõeluuringuks.

Sarah E. Du, Ph.D., FAU ookeani- ja masinaehituse osakonna vanemautor ja dotsent

Suurem osa molekulaarsest vahetusest ema ja loote vere vahel toimub hargnevates puutaolistes struktuurides, mida nimetatakse villipuudeks. Kuna platsenta malaaria võib alata alles pärast teise trimestri algust, kui nakatatud punalibledele ja valgelibledele avaneb põletikevaheline ruum, pakkus teadlasi huvi ema-loote liidese platsenta mudel, mis moodustub raseduse teisel poolel.

"See uuring annab olulist teavet toitainete vahetamise kohta malaariast mõjutatud ema ja loote vahel," ütles Stella Batalama, Ph.D., FAU tehnika- ja arvutiteaduste kolledži dekaan. "Ema ja loote sektsioonide vahelise molekulaarse transpordi uurimine võib aidata mõista mõningaid platsenta malaaria patofüsioloogilisi mehhanisme. Oluline on see, et see uudne mikrofluidiseade, mille on välja töötanud meie Florida Atlandi ülikooli teadurid, võib olla eeskujuks teistele platsentaga seotud haigustele."

Uuringu kaasautorid on Babak Mosavati, Ph.D., hiljuti lõpetanud FAU tehnika- ja arvutiteaduste kolledži; ja Andrew Oleinikov, Ph.D., FAU Schmidti Meditsiinikolledži biomeditsiiniteaduste professor.

Uuringut toetasid Eunice Kennedy Shriveri riiklik laste tervise ja inimarengu instituut, riiklik allergia- ja nakkushaiguste instituut ning riiklik teadusfond.

Allikas:

Florida Atlandi ülikool

Viide:

Mosavati, B. et al. (2022) Platsenta malaaria glükoositranspordi 3D-mikrofluidika abil modelleerimine. Teaduslikud aruanded. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.