Ny mikrofluidisk enhet etterligner næringsutveksling mellom mor og foster påvirket av placental malaria

Ny mikrofluidisk enhet etterligner næringsutveksling mellom mor og foster påvirket av placental malaria

Placental malaria som følge av Plasmodium falciparum-infeksjon kan føre til alvorlige komplikasjoner for mor og barn. Hvert år forårsaker morkakemalaria nesten 200 000 dødsfall hos nyfødte, primært på grunn av lav fødselsvekt, samt 10 000 mødredødsfall. Placental malaria skyldes parasitt-infiserte røde blodceller som setter seg fast i trelignende grenstrukturer som utgjør morkaken.

Forskning på den menneskelige morkaken er eksperimentelt utfordrende på grunn av etiske hensyn og de levende organers utilgjengelighet. Anatomien til den menneskelige placenta og arkitekturen til mor-foster-grensesnittet, slik som: B. mellom mors- og fosterblod, er komplekse og kan ikke lett rekonstrueres i sin helhet ved hjelp av moderne in vitro-modeller.

Forskere fra Florida Atlantic University's College of Engineering and Computer Science og Schmidt College of Medicine har utviklet en morkake-på-en-chip-modell som etterligner næringsutveksling mellom fosteret og moren under påvirkning av placentamalaria. Ved å kombinere mikrobiologi med tekniske teknologier, bruker denne nye 3D-modellen en enkelt mikrofluidisk brikke for å studere de intrikate prosessene som finner sted i en morkake infisert med malaria, så vel som andre morkake-relaterte sykdommer og patologier.

Placenta-on-a-Chip simulerer blodstrøm og etterligner mikromiljøet til den malariainfiserte morkaken i denne flyttilstanden. Ved å bruke denne metoden studerer forskerne nøyaktig prosessen som skjer når de infiserte røde blodcellene samhandler med karene i morkaken. Denne mikroenheten lar dem måle glukosediffusjon over den modellerte placentabarrieren og effekten av blod infisert med en P. falciparum-linje som kan feste seg til overflaten av placenta ved å bruke det placenta-uttrykte molekylet kalt CSA.

For studien ble placenta trofoblaster eller ytre lagceller og humane navlevenendotelceller dyrket på motsatte sider av en ekstracellulær matrisegel i et kompartmentalisert mikrofluidsystem, og dannet en fysiologisk barriere mellom den parallelle rørformede strukturen for å etterligne en forenklet mor-føtal grensesnitt Placental villi.

Resultatene, publisert i Scientific Reports, viste at CSA-bindende infiserte røde blodlegemer tilførte motstand mot den simulerte placenta-barrieren mot glukoseperfusjon og reduserte glukoseoverføring over denne barrieren. Sammenligningen mellom hastigheten på glukosetransport over placentabarrieren under forhold når uinfisert eller P. falciparum-infisert blod strømmer til ytre lagceller bidrar til å bedre forstå dette viktige aspektet ved placental malariapatologi og kan potensielt brukes som en modell for å studere metoder for behandling av placental malaria.

Til tross for fremskritt innen biosensing og live-cell imaging, er det fortsatt en utfordring å tolke transport over placentabarrieren. Dette er fordi næringstransport over morkaken er et komplekst problem som involverer flere celletyper, flerlagsstrukturer og koblingen mellom celleforbruk og diffusjon over placentabarrieren. Vår teknologi støtter dannelsen av mikrokonstruerte placentabarrierer og etterligner blodsirkulasjonen, og gir alternative tilnærminger til testing og screening."

Sarah E. Du, Ph.D., seniorforfatter og førsteamanuensis, Institutt for hav- og maskinteknikk ved FAU

Mesteparten av den molekylære utvekslingen mellom mors- og fosterblod skjer i de forgrenede trelignende strukturene som kalles villøse trær. Siden placentamalaria først kan begynne etter starten av andre trimester, når det intervillous rommet åpner seg for infiserte røde blodlegemer og hvite blodceller, var forskerne interessert i placentamodellen av mor-foster-grensesnittet, som dannes i andre halvdel av svangerskapet.

"Denne studien gir viktig informasjon om utveksling av næringsstoffer mellom mor og foster påvirket av malaria," sa Stella Batalama, Ph.D., dekan, FAU College of Engineering and Computer Science. "Å studere molekylær transport mellom mors- og fosteravdelinger kan bidra til å forstå noen av de patofysiologiske mekanismene i placentamalaria. Viktigere er at denne nye mikrofluidiske enheten utviklet av våre forskere ved Florida Atlantic University kan tjene som en modell for andre morkakerelaterte sykdommer."

Medforfattere av studien er Babak Mosavati, Ph.D., nyutdannet ved FAUs College of Engineering and Computer Science; og Andrew Oleinikov, Ph.D., professor i biomedisinske vitenskaper ved FAU Schmidt College of Medicine.

Forskningen ble støttet av Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, og National Science Foundation.

Kilde:

Florida Atlantic University

Referanse:

Mosavati, B., et al. (2022) 3D mikrofluidikk-assistert modellering av glukosetransport i placental malaria. Vitenskapelige rapporter. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.