Novi mikrofluidni uređaj oponaša razmjenu hranjivih tvari između majke i fetusa zahvaćenog placentnom malarijom

Novi mikrofluidni uređaj oponaša razmjenu hranjivih tvari između majke i fetusa zahvaćenog placentnom malarijom

Placentalna malarija koja je posljedica infekcije Plasmodium falciparum može dovesti do ozbiljnih komplikacija za majku i dijete. Svake godine placentalna malarija uzrokuje gotovo 200 000 smrti novorođenčadi, prvenstveno zbog niske porođajne težine, kao i 10 000 smrti majki. Placentalna malarija nastaje zbog crvenih krvnih zrnaca zaraženih parazitima koja zaglave u strukturama grana poput stabla koje čine posteljicu.

Istraživanja ljudske placente eksperimentalno su zahtjevna zbog etičkih razloga i nedostupnosti živih organa. Anatomija ljudske placente i arhitektura sučelja majka-fetus, kao što su: B. između krvi majke i fetusa, složeni su i ne mogu se lako rekonstruirati u cijelosti korištenjem modernih in vitro modela.

Istraživači s College of Engineering and Computer Science Sveučilišta Florida Atlantic i Schmidt College of Medicine razvili su model placente na čipu koji oponaša razmjenu hranjivih tvari između fetusa i majke pod utjecajem placentne malarije. Kombinirajući mikrobiologiju s inženjerskim tehnologijama, ovaj novi 3D model koristi jedan mikrofluidni čip za proučavanje zamršenih procesa koji se odvijaju u placenti zaraženoj malarijom, kao i drugim bolestima i patologijama povezanim s posteljicom.

Placenta-on-a-Chip simulira protok krvi i oponaša mikrookruženje placente zaražene malarijom u ovom stanju protoka. Koristeći ovu metodu, istraživači točno proučavaju proces koji se događa kada zaražene crvene krvne stanice stupaju u interakciju s žilama posteljice. Ovaj mikrouređaj im omogućuje mjerenje difuzije glukoze kroz modeliranu placentarnu barijeru i učinke krvi zaražene linijom P. falciparum koja može prianjati na površinu posteljice pomoću molekule koja se eksprimira u placenti zvane CSA.

Za potrebe studije, trofoblasti placente ili stanice vanjskog sloja i endotelne stanice ljudske pupčane vene uzgajane su na suprotnim stranama gela izvanstaničnog matriksa u predjelnom mikrofluidnom sustavu, tvoreći fiziološku barijeru između paralelne cjevaste strukture kako bi oponašala pojednostavljeno sučelje majke i fetusa placentnih resica.

Rezultati, objavljeni u Scientific Reports, pokazali su da su zaraženi eritrociti koji se vežu na CSA dodali otpornost simuliranoj placentarnoj barijeri na perfuziju glukoze i smanjili prijenos glukoze preko ove barijere. Usporedba između brzine prijenosa glukoze kroz placentarnu barijeru u uvjetima kada nezaražena krv ili krv zaražena P. falciparumom teče u stanice vanjskog sloja pomaže boljem razumijevanju ovog važnog aspekta patologije placentne malarije i potencijalno bi se mogla koristiti kao model za proučavanje metoda liječenja placentarne malarije.

Unatoč napretku u biosenziranju i slikanju živih stanica, tumačenje transporta kroz placentarnu barijeru ostaje izazov. To je zato što je transport hranjivih tvari kroz placentu složen problem koji uključuje više tipova stanica, višeslojne strukture i spregu između stanične potrošnje i difuzije kroz placentarnu barijeru. Naša tehnologija podupire stvaranje mikroinžinjerskih placentnih barijera i oponaša cirkulaciju krvi, pružajući alternativne pristupe testiranju i probiru.”

Sarah E. Du, doktorica znanosti, viša autorica i izvanredna profesorica, Odsjek za oceansko i strojarsko inženjerstvo na FAU

Većina molekularne razmjene između krvi majke i fetusa odvija se u razgranatim strukturama nalik stablu koje se nazivaju stabla vila. Budući da placentna malarija može započeti tek nakon početka drugog tromjesečja, kada se intervilozni prostor otvara zaraženim crvenim krvnim stanicama i bijelim krvnim stanicama, istraživače je zanimao placentni model sučelja majke i fetusa, koji se formira u drugoj polovici trudnoće.

"Ova studija pruža važne informacije o razmjeni hranjivih tvari između majke i fetusa zahvaćenog malarijom", rekla je Stella Batalama, dr. sc., dekanica Fakulteta inženjerstva i računalnih znanosti FAU. "Proučavanje molekularnog transporta između odjeljaka majke i fetusa može pomoći u razumijevanju nekih patofizioloških mehanizama kod placentne malarije. Važno je da bi ovaj novi mikrofluidni uređaj koji su razvili naši istraživači sa Sveučilišta Florida Atlantic mogao poslužiti kao model za druge bolesti povezane s placentom."

Koautori studije su dr. sc. Babak Mosavati, nedavno diplomirani fakultet FAU-a za inženjerstvo i računarstvo; i Andrew Oleinikov, dr. sc., profesor biomedicinskih znanosti na FAU Schmidt College of Medicine.

Istraživanje su podržali Nacionalni institut za dječje zdravlje i ljudski razvoj Eunice Kennedy Shriver, Nacionalni institut za alergije i zarazne bolesti i Nacionalna zaklada za znanost.

Izvor:

Sveučilište Florida Atlantic

Referenca:

Mosavati, B. i sur. (2022) 3D mikrofluidički potpomognuto modeliranje transporta glukoze u placentnoj malariji. Znanstvena izvješća. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.