Nieuw microfluïdisch apparaat bootst de uitwisseling van voedingsstoffen na tussen moeder en foetus die getroffen zijn door placentale malaria

Nieuw microfluïdisch apparaat bootst de uitwisseling van voedingsstoffen na tussen moeder en foetus die getroffen zijn door placentale malaria

Placentamalaria als gevolg van een Plasmodium falciparum-infectie kan tot ernstige complicaties voor moeder en kind leiden. Elk jaar veroorzaakt placenta-malaria bijna 200.000 sterfgevallen onder pasgeborenen, voornamelijk als gevolg van een laag geboortegewicht, en 10.000 moedersterfte. Placenta-malaria is het gevolg van met parasieten geïnfecteerde rode bloedcellen die vast komen te zitten in boomachtige vertakkingsstructuren waaruit de placenta bestaat.

Onderzoek naar de menselijke placenta is experimenteel uitdagend vanwege ethische overwegingen en de ontoegankelijkheid van de levende organen. De anatomie van de menselijke placenta en de architectuur van het grensvlak tussen moeder en foetus, zoals: B. tussen moederlijk en foetaal bloed, zijn complex en kunnen niet gemakkelijk in hun geheel worden gereconstrueerd met behulp van moderne in vitro modellen.

Onderzoekers van het College of Engineering and Computer Science van de Florida Atlantic University en het Schmidt College of Medicine hebben een placenta-op-een-chip-model ontwikkeld dat de uitwisseling van voedingsstoffen tussen de foetus en de moeder nabootst onder invloed van placentale malaria. Dit nieuwe 3D-model combineert microbiologie met technische technologieën en maakt gebruik van een enkele microfluïdische chip om de ingewikkelde processen te bestuderen die plaatsvinden in een placenta die is geïnfecteerd met malaria, evenals andere placenta-gerelateerde ziekten en pathologieën.

Placenta-on-a-Chip simuleert de bloedstroom en bootst de micro-omgeving van de met malaria geïnfecteerde placenta na in deze stroomtoestand. Met behulp van deze methode bestuderen onderzoekers precies het proces dat plaatsvindt wanneer de geïnfecteerde rode bloedcellen interageren met de bloedvaten van de placenta. Met dit microapparaat kunnen ze de glucosediffusie over de gemodelleerde placentabarrière meten en de effecten van bloed dat is geïnfecteerd met een P. falciparum-lijn die zich aan het oppervlak van de placenta kan hechten met behulp van het in de placenta tot expressie gebrachte molecuul dat CSA wordt genoemd.

Voor de studie werden trofoblasten uit de placenta of cellen uit de buitenste laag en endotheelcellen uit de menselijke navelstreng gekweekt aan weerszijden van een extracellulaire matrixgel in een gecompartimenteerd microfluïdisch systeem, waardoor een fysiologische barrière werd gevormd tussen de parallelle buisvormige structuur om een ​​vereenvoudigd moeder-foetaal grensvlak Placentale villi na te bootsen.

De resultaten, gepubliceerd in Scientific Reports, toonden aan dat CSA-bindende geïnfecteerde rode bloedcellen de resistentie tegen de gesimuleerde placentabarrière tegen glucoseperfusie vergrootten en de glucoseoverdracht over deze barrière verminderden. De vergelijking tussen de snelheid van glucosetransport door de placentabarrière onder omstandigheden waarin niet-geïnfecteerd of met P. falciparum geïnfecteerd bloed naar de cellen in de buitenste laag stroomt, helpt dit belangrijke aspect van de placentale malariapathologie beter te begrijpen en zou mogelijk kunnen worden gebruikt als een model om methoden voor de behandeling van placentale malaria te bestuderen.

Ondanks de vooruitgang op het gebied van biosensoren en beeldvorming met levende cellen blijft het interpreteren van transport over de placentabarrière een uitdaging. Dit komt omdat het transport van voedingsstoffen door de placenta een complex probleem is waarbij meerdere celtypen, meerlaagse structuren en de koppeling tussen celconsumptie en diffusie door de placentabarrière betrokken zijn. Onze technologie ondersteunt de vorming van micro-engineered placentabarrières en bootst de bloedcirculatie na, waardoor alternatieve benaderingen voor testen en screening worden geboden.”

Sarah E. Du, Ph.D., senior auteur en universitair hoofddocent, afdeling Ocean and Mechanical Engineering bij FAU

Het grootste deel van de moleculaire uitwisseling tussen moederlijk en foetaal bloed vindt plaats in de vertakkende boomachtige structuren die villeuze bomen worden genoemd. Omdat malaria in de placenta pas kan beginnen na het begin van het tweede trimester, wanneer de tussenliggende ruimte zich opent voor geïnfecteerde rode bloedcellen en witte bloedcellen, waren de onderzoekers geïnteresseerd in het placentamodel van het grensvlak tussen moeder en foetus, dat in de tweede helft van de zwangerschap wordt gevormd.

“Deze studie levert belangrijke informatie op over de uitwisseling van voedingsstoffen tussen moeder en foetus die getroffen zijn door malaria”, zegt Stella Batalama, Ph.D., decaan, FAU College of Engineering and Computer Science. "Het bestuderen van moleculair transport tussen moeder- en foetale compartimenten kan helpen bij het begrijpen van enkele van de pathofysiologische mechanismen bij placentale malaria. Belangrijk is dat dit nieuwe microfluïdische apparaat, ontwikkeld door onze onderzoekers aan de Florida Atlantic University, zou kunnen dienen als model voor andere placenta-gerelateerde ziekten."

Co-auteurs van de studie zijn Babak Mosavati, Ph.D., recent afgestudeerd aan FAU's College of Engineering and Computer Science; en Andrew Oleinikov, Ph.D., hoogleraar biomedische wetenschappen aan het FAU Schmidt College of Medicine.

Het onderzoek werd ondersteund door het Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development, het National Institute of Allergy and Infectious Diseases en de National Science Foundation.

Bron:

Florida Atlantische Universiteit

Referentie:

Mosavati, B., et al. (2022) 3D-microfluïdica-ondersteunde modellering van glucosetransport bij placentale malaria. Wetenschappelijke rapporten. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.