Noul dispozitiv microfluidic imită schimbul de nutrienți dintre mamă și făt afectat de malaria placentară

Noul dispozitiv microfluidic imită schimbul de nutrienți dintre mamă și făt afectat de malaria placentară

Malaria placentară rezultată din infecția cu Plasmodium falciparum poate duce la complicații grave pentru mamă și copil. În fiecare an, malaria placentară provoacă aproape 200.000 de decese nou-născuți, în principal din cauza greutății mici la naștere, precum și 10.000 de decese materne. Malaria placentară rezultă din celulele roșii din sânge infectate cu paraziți care se blochează în structurile de ramuri asemănătoare copacilor care alcătuiesc placenta.

Cercetarea asupra placentei umane este o provocare experimentală din cauza considerentelor etice și a inaccesibilității organelor vii. Anatomia placentei umane și arhitectura interfeței materno-fetal, precum: B. între sângele matern și fetal, sunt complexe și nu pot fi reconstruite cu ușurință în întregime folosind modele moderne in vitro.

Cercetătorii de la Colegiul de Inginerie și Informatică din Florida Atlantic University și de la Colegiul de Medicină Schmidt au dezvoltat un model de placentă pe cip care imită schimbul de nutrienți între făt și mamă sub influența malariei placentare. Combinând microbiologia cu tehnologiile de inginerie, acest nou model 3D folosește un singur cip microfluidic pentru a studia procesele complicate care au loc într-o placenta infectată cu malarie, precum și alte boli și patologii legate de placenta.

Placenta-on-a-Chip simulează fluxul sanguin și imită micromediul placentei infectate cu malarie în această stare de flux. Folosind această metodă, cercetătorii studiază exact procesul care are loc atunci când globulele roșii infectate interacționează cu vasele placentei. Acest microdispozitiv le permite să măsoare difuzia glucozei peste bariera placentară modelată și efectele sângelui infectat cu o linie de P. falciparum care poate adera la suprafața placentei folosind molecula exprimată de placenta numită CSA.

Pentru studiu, trofoblastele placentare sau celulele stratului exterior și celulele endoteliale ale venei ombilicale umane au fost cultivate pe părți opuse ale unui gel cu matrice extracelulară într-un sistem microfluidic compartimentat, formând o barieră fiziologică între structura tubulară paralelă pentru a imita o interfață simplificată materno-fetal vilozități placentare.

Rezultatele, publicate în Scientific Reports, au arătat că RBC-urile infectate care se leagă de CSA au adăugat rezistență la bariera placentară simulată la perfuzia de glucoză și au redus transferul de glucoză peste această barieră. Comparația între viteza de transport a glucozei prin bariera placentară în condițiile în care sângele neinfectat sau infectat cu P. falciparum curge către celulele stratului exterior ajută la o mai bună înțelegere a acestui aspect important al patologiei malariei placentare și ar putea fi utilizat ca model pentru a studia metodele de tratare a malariei placentare.

În ciuda progreselor în biosensing și imagistica cu celule vii, interpretarea transportului prin bariera placentară rămâne o provocare. Acest lucru se datorează faptului că transportul nutrienților prin placentă este o problemă complexă care implică mai multe tipuri de celule, structuri multistratificate și cuplarea dintre consumul de celule și difuzia prin bariera placentară. Tehnologia noastră sprijină formarea de bariere placentare micro-proiectate și imită circulația sângelui, oferind abordări alternative pentru testare și screening.”

Sarah E. Du, Ph.D., autor principal și profesor asociat, Departamentul de inginerie mecanică și oceanică la FAU

Majoritatea schimburilor moleculare dintre sângele matern și fetal are loc în structurile ramificate asemănătoare arborilor numite arbori viloși. Întrucât malaria placentară poate începe abia după începutul celui de-al doilea trimestru, când spațiul intervilos se deschide către globule roșii infectate și celule albe din sânge, cercetătorii s-au interesat de modelul placentar al interfeței mamă-fetal, care se formează în a doua jumătate a sarcinii.

„Acest studiu oferă informații importante despre schimbul de nutrienți între mamă și făt afectat de malarie”, a spus Stella Batalama, Ph.D., decan, Colegiul de Inginerie și Științe Calculatoare FAU. „Studiul transportului molecular între compartimentele materne și fetale poate ajuta la înțelegerea unora dintre mecanismele fiziopatologice ale malariei placentare. Este important că acest nou dispozitiv microfluidic dezvoltat de cercetătorii noștri de la Universitatea Florida Atlantic ar putea servi ca model pentru alte boli legate de placentă”.

Co-autorii studiului sunt Babak Mosavati, Ph.D., un proaspăt absolvent al Colegiului de Inginerie și Informatică a FAU; si Andrew Oleinikov, Ph.D., profesor de stiinte biomedicale la Colegiul de Medicina FAU Schmidt.

Cercetarea a fost susținută de Institutul Național pentru Sănătatea Copilului și Dezvoltarea Umană Eunice Kennedy Shriver, Institutul Național de Alergie și Boli Infecțioase și Fundația Națională pentru Știință.

Sursă:

Universitatea Florida Atlantic

Referinţă:

Mosavati, B., şi colab. (2022) Modelarea 3D asistată de microfluidic a transportului de glucoză în malaria placentară. Rapoarte științifice. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.