Uusi mikrofluidilaite jäljittelee ravinteiden vaihtoa istukan malariasta kärsivän äidin ja sikiön välillä

Uusi mikrofluidilaite jäljittelee ravinteiden vaihtoa istukan malariasta kärsivän äidin ja sikiön välillä

Plasmodium falciparum -infektiosta johtuva istukan malaria voi aiheuttaa vakavia komplikaatioita äidille ja lapselle. Istukan malaria aiheuttaa vuosittain lähes 200 000 vastasyntyneen kuoleman, pääasiassa alhaisen syntymäpainon vuoksi, sekä 10 000 äidin kuolemaa. Istukan malaria johtuu loisten saastuttamista punasoluista, jotka juuttuvat istukan muodostaviin puumaisiin oksarakenteisiin.

Ihmisen istukan tutkimus on kokeellisesti haastavaa eettisten näkökohtien ja elävien elinten saavuttamattomuuden vuoksi. Ihmisen istukan anatomia ja äidin ja sikiön välisen rajapinnan arkkitehtuuri, kuten: B. äidin ja sikiön veren välillä, ovat monimutkaisia, eikä niitä voida helposti rekonstruoida kokonaisuudessaan nykyaikaisilla in vitro -malleilla.

Florida Atlantic Universityn College of Engineering and Computer Sciencen ja Schmidt College of Medicine -tutkijat ovat kehittäneet istukan sirulla mallin, joka jäljittelee ravinteiden vaihtoa sikiön ja äidin välillä istukan malarian vaikutuksen alaisena. Tässä uudessa 3D-mallissa mikrobiologiaa ja teknologioita yhdistetään, ja se käyttää yhtä mikrofluidisirua tutkiakseen monimutkaisia ​​prosesseja, jotka tapahtuvat malariatartunnan saaneessa istukassa, sekä muita istukkaan liittyviä sairauksia ja patologioita.

Placenta-on-a-Chip simuloi verenkiertoa ja jäljittelee malariatartunnan saaneen istukan mikroympäristöä tässä virtaustilassa. Tällä menetelmällä tutkijat tutkivat tarkalleen prosessia, joka tapahtuu, kun tartunnan saaneet punasolut ovat vuorovaikutuksessa istukan verisuonten kanssa. Tämän mikrolaitteen avulla ne voivat mitata glukoosin diffuusiota mallinnetun istukkaesteen läpi ja istukan pintaan tarttuvan P. falciparum -linjan infektoituneen veren vaikutuksia istukan ilmentämän molekyylin, nimeltään CSA, avulla.

Tutkimusta varten istukan trofoblasteja tai ulomman kerroksen soluja ja ihmisen napalaskimon endoteelisoluja viljeltiin ekstrasellulaarisen matriisigeelin vastakkaisilla puolilla lokeroidussa mikrofluidijärjestelmässä, mikä muodosti fysiologisen esteen rinnakkaisen putkimaisen rakenteen välille matkimaan yksinkertaistettua äidin ja sikiön välistä rajapintaa istukan villit.

Scientific Reportsissa julkaistut tulokset osoittivat, että CSA:ta sitovat infektoituneet punasolut lisäsivät simuloidun istukan esteen vastustuskykyä glukoosin perfuusiota vastaan ​​ja vähensivät glukoosin siirtymistä tämän esteen läpi. Vertaamalla glukoosin kuljetusnopeutta istukan esteen läpi olosuhteissa, joissa infektoitumaton tai P. falciparum -infektoitunut veri virtaa ulkokerroksen soluihin, auttaa ymmärtämään paremmin tämän istukan malarian patologian tärkeän näkökohdan, ja sitä voitaisiin mahdollisesti käyttää mallina istukan malarian hoitomenetelmien tutkimiseen.

Huolimatta edistymisestä biosensingissä ja elävien solujen kuvantamisessa, istukan esteen yli kulkeutumisen tulkitseminen on edelleen haaste. Tämä johtuu siitä, että ravinteiden kuljetus istukan läpi on monimutkainen ongelma, johon liittyy useita solutyyppejä, monikerroksisia rakenteita ja kytkentä solujen kulutuksen ja diffuusion välillä istukan esteen läpi. Teknologiamme tukee mikroteknisten istukan esteiden muodostumista ja jäljittelee verenkiertoa tarjoten vaihtoehtoisia lähestymistapoja testaukseen ja seulomiseen.

Sarah E. Du, Ph.D., vanhempi kirjailija ja apulaisprofessori, FAU:n valtameri- ja konetekniikan laitos

Suurin osa äidin ja sikiön veren välisestä molekyylivaihdosta tapahtuu haarautuvissa puumaisissa rakenteissa, joita kutsutaan villipuiksi. Koska istukan malaria voi alkaa vasta toisen raskauskolmanneksen alun jälkeen, jolloin välitila avautuu tartunnan saaneille punasoluille ja valkosoluille, tutkijat olivat kiinnostuneita äidin ja sikiön rajapinnan istukan mallista, joka muodostuu raskauden toisella puoliskolla.

"Tämä tutkimus tarjoaa tärkeää tietoa ravintoaineiden vaihdosta malariaan sairastuneen äidin ja sikiön välillä", sanoi Stella Batalama, Ph.D., dekaani FAU:n tekniikan ja tietojenkäsittelytieteen korkeakoulusta. "Molekulaarisen kuljetuksen tutkiminen äidin ja sikiön osastojen välillä voi auttaa ymmärtämään joitakin istukan malarian patofysiologisia mekanismeja. Tärkeää on, että tämä Florida Atlantic Universityn tutkijoidemme kehittämä uusi mikrofluidilaite voisi toimia mallina muille istukkaan liittyville sairauksille."

Tutkimuksen mukana kirjoittajat ovat Babak Mosavati, Ph.D., äskettäin valmistunut FAU:n tekniikan ja tietojenkäsittelytieteen korkeakoulusta; ja Andrew Oleinikov, Ph.D., biolääketieteen professori FAU Schmidt College of Medicineissä.

Tutkimusta tukivat Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development, National Institute of Allergy and Infectious Diseases ja National Science Foundation.

Lähde:

Florida Atlantic University

Viite:

Mosavati, B., et ai. (2022) 3D-mikrofluidiikka-avusteinen glukoosin kuljetuksen mallinnus istukan malariassa. Tieteelliset raportit. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.