Novo dispositivo microfluídico imita a troca de nutrientes entre mãe e feto afetados pela malária placentária

Novo dispositivo microfluídico imita a troca de nutrientes entre mãe e feto afetados pela malária placentária

A malária placentária resultante da infecção por Plasmodium falciparum pode levar a complicações graves para mãe e filho. Todos os anos, a malária placentária causa quase 200.000 mortes de recém-nascidos, principalmente devido ao baixo peso à nascença, bem como 10.000 mortes maternas. A malária placentária resulta de glóbulos vermelhos infectados por parasitas que ficam presos em estruturas ramificadas semelhantes a árvores que constituem a placenta.

A pesquisa sobre a placenta humana é experimentalmente desafiadora devido a considerações éticas e à inacessibilidade dos órgãos vivos. A anatomia da placenta humana e a arquitetura da interface materno-fetal, como: B. entre o sangue materno e fetal, são complexas e não podem ser facilmente reconstruídas em sua totalidade usando modelos in vitro modernos.

Pesquisadores da Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação da Florida Atlantic University e da Schmidt College of Medicine desenvolveram um modelo de placenta em um chip que imita a troca de nutrientes entre o feto e a mãe sob a influência da malária placentária. Combinando microbiologia com tecnologias de engenharia, este novo modelo 3D utiliza um único chip microfluídico para estudar os intrincados processos que ocorrem numa placenta infectada com malária, bem como outras doenças e patologias relacionadas com a placenta.

Placenta-on-a-Chip simula o fluxo sanguíneo e imita o microambiente da placenta infectada com malária neste estado de fluxo. Usando esse método, os pesquisadores estudam exatamente o processo que ocorre quando os glóbulos vermelhos infectados interagem com os vasos da placenta. Este microdispositivo permite medir a difusão da glicose através da barreira placentária modelada e os efeitos do sangue infectado com uma linhagem de P. falciparum que pode aderir à superfície da placenta usando a molécula expressa pela placenta chamada CSA.

Para o estudo, trofoblastos placentários ou células da camada externa e células endoteliais da veia umbilical humana foram cultivadas em lados opostos de um gel de matriz extracelular em um sistema microfluídico compartimentado, formando uma barreira fisiológica entre a estrutura tubular paralela para imitar uma interface materno-fetal simplificada Vilosidades placentárias.

Os resultados, publicados na Scientific Reports, mostraram que os eritrócitos infectados que se ligam ao CSA adicionaram resistência à barreira placentária simulada à perfusão de glicose e reduziram a transferência de glicose através desta barreira. A comparação entre a taxa de transporte de glicose através da barreira placentária sob condições em que o sangue não infectado ou infectado por P. falciparum flui para as células da camada externa ajuda a compreender melhor este aspecto importante da patologia da malária placentária e poderia potencialmente ser usado como um modelo para estudar métodos de tratamento da malária placentária.

Apesar dos avanços no biossensor e na imagem de células vivas, a interpretação do transporte através da barreira placentária continua a ser um desafio. Isto ocorre porque o transporte de nutrientes através da placenta é um problema complexo que envolve múltiplos tipos de células, estruturas multicamadas e o acoplamento entre o consumo celular e a difusão através da barreira placentária. Nossa tecnologia apoia a formação de barreiras placentárias microprojetadas e imita a circulação sanguínea, fornecendo abordagens alternativas para testes e triagem.”

Sarah E. Du, Ph.D., autora sênior e professora associada, Departamento de Engenharia Oceânica e Mecânica da FAU

A maior parte da troca molecular entre o sangue materno e fetal ocorre nas estruturas ramificadas semelhantes a árvores, chamadas árvores vilosas. Como a malária placentária só pode começar após o início do segundo trimestre, quando o espaço interviloso se abre para os glóbulos vermelhos e glóbulos brancos infectados, os investigadores estavam interessados ​​no modelo placentário da interface mãe-fetal, que se forma na segunda metade da gravidez.

“Este estudo fornece informações importantes sobre a troca de nutrientes entre a mãe e o feto afetados pela malária”, disse Stella Batalama, Ph.D., reitora da Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação da FAU. "Estudar o transporte molecular entre os compartimentos materno e fetal pode ajudar a compreender alguns dos mecanismos fisiopatológicos da malária placentária. É importante ressaltar que este novo dispositivo microfluídico desenvolvido por nossos pesquisadores da Florida Atlantic University pode servir de modelo para outras doenças relacionadas à placenta."

Os co-autores do estudo são Babak Mosavati, Ph.D., recém-formado pela Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação da FAU; e Andrew Oleinikov, Ph.D., professor de ciências biomédicas na FAU Schmidt College of Medicine.

A pesquisa foi apoiada pelo Instituto Nacional de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano Eunice Kennedy Shriver, pelo Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas e pela Fundação Nacional de Ciência.

Fonte:

Universidade Atlântica da Flórida

Referência:

Mosavati, B., et al. (2022) Modelagem 3D assistida por microfluídica do transporte de glicose na malária placentária. Relatórios científicos. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

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