Un nuovo dispositivo microfluidico imita lo scambio di nutrienti tra madre e feto affetto da malaria placentare

Un nuovo dispositivo microfluidico imita lo scambio di nutrienti tra madre e feto affetto da malaria placentare

La malaria placentare derivante dall'infezione da Plasmodium falciparum può portare a gravi complicazioni per madre e bambino. Ogni anno, la malaria placentare causa quasi 200.000 morti neonatali, principalmente a causa del basso peso alla nascita, e 10.000 morti materne. La malaria placentare deriva da globuli rossi infettati da parassiti che rimangono bloccati nelle strutture ramificate ad albero che compongono la placenta.

La ricerca sulla placenta umana è sperimentalmente impegnativa a causa di considerazioni etiche e dell'inaccessibilità degli organi viventi. L'anatomia della placenta umana e l'architettura dell'interfaccia materno-fetale, come: B. tra il sangue materno e fetale, sono complesse e non possono essere facilmente ricostruite nella loro interezza utilizzando moderni modelli in vitro.

I ricercatori del College of Engineering and Computer Science della Florida Atlantic University e dello Schmidt College of Medicine hanno sviluppato un modello di placenta su chip che imita lo scambio di nutrienti tra il feto e la madre sotto l'influenza della malaria placentare. Combinando la microbiologia con le tecnologie ingegneristiche, questo nuovo modello 3D utilizza un singolo chip microfluidico per studiare gli intricati processi che hanno luogo in una placenta infetta da malaria, così come altre malattie e patologie legate alla placenta.

Placenta-on-a-Chip simula il flusso sanguigno e imita il microambiente della placenta infetta dalla malaria in questo stato di flusso. Utilizzando questo metodo, i ricercatori studiano esattamente il processo che si verifica quando i globuli rossi infetti interagiscono con i vasi della placenta. Questo microdispositivo consente loro di misurare la diffusione del glucosio attraverso la barriera placentare modellata e gli effetti del sangue infetto da una linea di P. falciparum che può aderire alla superficie della placenta utilizzando la molecola espressa dalla placenta chiamata CSA.

Per lo studio, i trofoblasti placentari o le cellule dello strato esterno e le cellule endoteliali della vena ombelicale umana sono stati coltivati ​​su lati opposti di un gel di matrice extracellulare in un sistema microfluidico compartimentato, formando una barriera fisiologica tra la struttura tubolare parallela per imitare un'interfaccia materno-fetale semplificata dei villi placentari.

I risultati, pubblicati su Scientific Reports, hanno mostrato che i globuli rossi infetti che legano CSA hanno aggiunto resistenza alla barriera placentare simulata alla perfusione del glucosio e ridotto il trasferimento di glucosio attraverso questa barriera. Il confronto tra la velocità di trasporto del glucosio attraverso la barriera placentare in condizioni in cui il sangue non infetto o infetto da P. falciparum scorre verso le cellule dello strato esterno aiuta a comprendere meglio questo importante aspetto della patologia della malaria placentare e potrebbe essere potenzialmente utilizzato come modello per studiare i metodi di trattamento della malaria placentare.

Nonostante i progressi nel biosensing e nell’imaging di cellule vive, interpretare il trasporto attraverso la barriera placentare rimane una sfida. Questo perché il trasporto dei nutrienti attraverso la placenta è un problema complesso che coinvolge più tipi cellulari, strutture multistrato e l’accoppiamento tra consumo cellulare e diffusione attraverso la barriera placentare. La nostra tecnologia supporta la formazione di barriere placentari microingegnerizzate e imita la circolazione sanguigna, fornendo approcci alternativi ai test e allo screening”.

Sarah E. Du, Ph.D., autrice senior e professore associato, Dipartimento di ingegneria oceanica e meccanica presso la FAU

La maggior parte dello scambio molecolare tra il sangue materno e quello fetale avviene nelle strutture ramificate ad albero chiamate alberi villi. Poiché la malaria placentare può iniziare solo dopo l'inizio del secondo trimestre, quando lo spazio intervilloso si apre ai globuli rossi e bianchi infetti, i ricercatori erano interessati al modello placentare dell'interfaccia madre-feto, che si forma nella seconda metà della gravidanza.

"Questo studio fornisce informazioni importanti sullo scambio di nutrienti tra madre e feto affetti da malaria", ha affermato Stella Batalama, Ph.D., preside della FAU College of Engineering and Computer Science. "Lo studio del trasporto molecolare tra i compartimenti materni e fetali può aiutare a comprendere alcuni dei meccanismi fisiopatologici della malaria placentare. È importante sottolineare che questo nuovo dispositivo microfluidico sviluppato dai nostri ricercatori della Florida Atlantic University potrebbe servire da modello per altre malattie legate alla placenta."

Coautori dello studio sono Babak Mosavati, Ph.D., un neolaureato della Facoltà di Ingegneria e Informatica della FAU; e Andrew Oleinikov, Ph.D., professore di scienze biomediche al FAU Schmidt College of Medicine.

La ricerca è stata sostenuta dall’Istituto nazionale per la salute infantile e lo sviluppo umano Eunice Kennedy Shriver, dall’Istituto nazionale per le allergie e le malattie infettive e dalla National Science Foundation.

Fonte:

Università Atlantica della Florida

Riferimento:

Mosavati, B., et al. (2022) Modellazione 3D assistita dalla microfluidica del trasporto del glucosio nella malaria placentare. Rapporti scientifici. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

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