Un nouveau dispositif microfluidique imite l'échange de nutriments entre la mère et le fœtus touchés par le paludisme placentaire

Un nouveau dispositif microfluidique imite l'échange de nutriments entre la mère et le fœtus touchés par le paludisme placentaire

Le paludisme placentaire résultant d'une infection à Plasmodium falciparum peut entraîner de graves complications pour la mère et l'enfant. Chaque année, le paludisme placentaire provoque près de 200 000 décès de nouveau-nés, principalement dus à un faible poids de naissance, ainsi que 10 000 décès maternels. Le paludisme placentaire résulte de globules rouges infectés par des parasites qui restent coincés dans les structures de branches arborescentes qui composent le placenta.

La recherche sur le placenta humain est un défi expérimental en raison de considérations éthiques et de l'inaccessibilité des organes vivants. L'anatomie du placenta humain et l'architecture de l'interface materno-fœtale, telle que : B. entre le sang maternel et fœtal, sont complexes et ne peuvent pas être facilement reconstruites dans leur intégralité à l'aide de modèles in vitro modernes.

Des chercheurs du Collège d'ingénierie et d'informatique de la Florida Atlantic University et du Schmidt College of Medicine ont développé un modèle de placenta sur puce qui imite l'échange de nutriments entre le fœtus et la mère sous l'influence du paludisme placentaire. Combinant la microbiologie avec les technologies d'ingénierie, ce nouveau modèle 3D utilise une seule puce microfluidique pour étudier les processus complexes qui se déroulent dans un placenta infecté par le paludisme, ainsi que d'autres maladies et pathologies liées au placenta.

Le Placenta-on-a-Chip simule le flux sanguin et imite le microenvironnement du placenta infecté par le paludisme dans cet état de flux. Grâce à cette méthode, les chercheurs étudient exactement le processus qui se produit lorsque les globules rouges infectés interagissent avec les vaisseaux du placenta. Ce microdispositif leur permet de mesurer la diffusion du glucose à travers la barrière placentaire modélisée et les effets du sang infecté par une lignée de P. falciparum qui peut adhérer à la surface du placenta à l'aide de la molécule exprimée par le placenta appelée CSA.

Pour l’étude, des trophoblastes placentaires ou des cellules de la couche externe et des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine ont été cultivées sur les côtés opposés d’un gel de matrice extracellulaire dans un système microfluidique compartimenté, formant une barrière physiologique entre la structure tubulaire parallèle pour imiter une interface materno-fœtale simplifiée.

Les résultats, publiés dans Scientific Reports, ont montré que les globules rouges infectés se liant au CSA ajoutaient une résistance à la barrière placentaire simulée à la perfusion de glucose et réduisaient le transfert de glucose à travers cette barrière. La comparaison entre le taux de transport du glucose à travers la barrière placentaire dans des conditions dans lesquelles le sang non infecté ou infecté par P. falciparum circule vers les cellules de la couche externe aide à mieux comprendre cet aspect important de la pathologie du paludisme placentaire et pourrait potentiellement être utilisée comme modèle pour étudier les méthodes de traitement du paludisme placentaire.

Malgré les progrès de la biodétection et de l’imagerie des cellules vivantes, l’interprétation du transport à travers la barrière placentaire reste un défi. En effet, le transport des nutriments à travers le placenta est un problème complexe impliquant plusieurs types de cellules, des structures multicouches et le couplage entre la consommation cellulaire et la diffusion à travers la barrière placentaire. Notre technologie soutient la formation de barrières placentaires micro-conçues et imite la circulation sanguine, offrant ainsi des approches alternatives aux tests et au dépistage.

Sarah E. Du, Ph.D., auteur principal et professeur agrégé, Département de génie océanique et mécanique à la FAU

La plupart des échanges moléculaires entre le sang maternel et fœtal se produisent dans des structures arborescentes ramifiées appelées arbres villeux. Étant donné que le paludisme placentaire ne peut commencer qu’après le début du deuxième trimestre, lorsque l’espace intervilleux s’ouvre aux globules rouges et blancs infectés, les chercheurs se sont intéressés au modèle placentaire de l’interface mère-fœtus, qui se forme dans la seconde moitié de la grossesse.

"Cette étude fournit des informations importantes sur l'échange de nutriments entre la mère et le fœtus touchés par le paludisme", a déclaré Stella Batalama, Ph.D., doyenne du FAU College of Engineering and Computer Science. "L'étude du transport moléculaire entre les compartiments maternels et fœtaux peut aider à comprendre certains mécanismes physiopathologiques du paludisme placentaire. Surtout, ce nouveau dispositif microfluidique développé par nos chercheurs de la Florida Atlantic University pourrait servir de modèle pour d'autres maladies liées au placenta."

Les co-auteurs de l'étude sont Babak Mosavati, Ph.D., récemment diplômé du Collège d'ingénierie et d'informatique de la FAU ; et Andrew Oleinikov, Ph.D., professeur de sciences biomédicales au FAU Schmidt College of Medicine.

La recherche a été soutenue par l’Institut national Eunice Kennedy Shriver de la santé infantile et du développement humain, l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses et la National Science Foundation.

Source:

Université de Floride Atlantique

Référence:

Mosavati, B., et coll. (2022) Modélisation 3D assistée par microfluidique du transport du glucose dans le paludisme placentaire. Rapports scientifiques. est ce que je.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

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