Nové mikrofluidné zariadenie napodobňuje výmenu živín medzi matkou a plodom postihnutým placentárnou maláriou

Nové mikrofluidné zariadenie napodobňuje výmenu živín medzi matkou a plodom postihnutým placentárnou maláriou

Placentárna malária spôsobená infekciou Plasmodium falciparum môže viesť k závažným komplikáciám pre matku a dieťa. Každý rok placentárna malária spôsobí takmer 200 000 úmrtí novorodencov, predovšetkým v dôsledku nízkej pôrodnej hmotnosti, ako aj 10 000 úmrtí matiek. Placentárna malária vzniká v dôsledku parazitmi infikovaných červených krviniek, ktoré uviaznu v stromovitých vetvových štruktúrach, ktoré tvoria placentu.

Výskum ľudskej placenty je experimentálne náročný z dôvodu etických hľadísk a nedostupnosti živých orgánov. Anatómia ľudskej placenty a architektúra rozhrania matky a plodu, ako napríklad: B. medzi krvou matky a plodu, sú zložité a nemožno ich jednoducho rekonštruovať ako celok pomocou moderných modelov in vitro.

Výskumníci z Fakulty inžinierstva a informatiky Floridskej Atlantickej univerzity a Schmidt College of Medicine vyvinuli model placenty na čipe, ktorý napodobňuje výmenu živín medzi plodom a matkou pod vplyvom placentárnej malárie. Tento nový 3D model, ktorý kombinuje mikrobiológiu s inžinierskymi technológiami, využíva jediný mikrofluidný čip na štúdium zložitých procesov, ktoré prebiehajú v placente infikovanej maláriou, ako aj iných chorôb a patológií súvisiacich s placentou.

Placenta-on-a-Chip simuluje prietok krvi a napodobňuje mikroprostredie placenty infikovanej maláriou v tomto stave prietoku. Pomocou tejto metódy vedci presne študujú proces, ktorý nastáva, keď infikované červené krvinky interagujú s cievami placenty. Toto mikrozariadenie im umožňuje merať difúziu glukózy cez modelovanú placentárnu bariéru a účinky krvi infikovanej líniou P. falciparum, ktorá môže priľnúť k povrchu placenty pomocou molekuly exprimovanej v placente nazývanej CSA.

Na účely štúdie sa placentárne trofoblasty alebo bunky vonkajšej vrstvy a endotelové bunky ľudskej pupočníkovej žily kultivovali na opačných stranách gélu extracelulárnej matrice v kompartmentalizovanom mikrofluidnom systéme, čím sa vytvorila fyziologická bariéra medzi paralelnou tubulárnou štruktúrou, aby sa napodobnilo zjednodušené rozhranie matky a plodu placentárne klky.

Výsledky publikované vo vedeckých správach ukázali, že infikované erytrocyty viažuce CSA pridali odolnosť voči simulovanej placentárnej bariére voči perfúzii glukózy a znížili prenos glukózy cez túto bariéru. Porovnanie medzi rýchlosťou transportu glukózy cez placentárnu bariéru za podmienok, keď neinfikovaná krv alebo krv infikovaná P. falciparum prúdi do buniek vonkajšej vrstvy, pomáha lepšie pochopiť tento dôležitý aspekt patológie placentárnej malárie a potenciálne by sa mohlo použiť ako model na štúdium metód liečby placentárnej malárie.

Napriek pokroku v biologickom snímaní a zobrazovaní živých buniek zostáva interpretácia transportu cez placentárnu bariéru výzvou. Je to preto, že transport živín cez placentu je zložitý problém zahŕňajúci viaceré typy buniek, viacvrstvové štruktúry a spojenie medzi spotrebou buniek a difúziou cez placentárnu bariéru. Naša technológia podporuje tvorbu mikroinžinierskych placentárnych bariér a napodobňuje krvný obeh, čím poskytuje alternatívne prístupy k testovaniu a skríningu.

Sarah E. Du, Ph.D., hlavný autor a docent, Katedra oceánskeho a strojného inžinierstva na FAU

Väčšina molekulárnej výmeny medzi krvou matky a plodu prebieha v rozvetvených stromovitých štruktúrach nazývaných vilózne stromy. Keďže placentárna malária môže začať až po začiatku druhého trimestra, keď sa intervilózny priestor otvorí infikovaným červeným krvinkám a bielym krvinkám, vedci sa zaujímali o placentárny model rozhrania matka – plod, ktorý sa tvorí v druhej polovici tehotenstva.

"Táto štúdia poskytuje dôležité informácie o výmene živín medzi matkou a plodom postihnutým maláriou," povedala Stella Batalama, Ph.D., dekanka, FAU College of Engineering and Computer Science. "Štúdium molekulárneho transportu medzi materským a fetálnym kompartmentom môže pomôcť pochopiť niektoré patofyziologické mechanizmy v placentárnej malárii. Dôležité je, že toto nové mikrofluidné zariadenie vyvinuté našimi výskumníkmi na Floridskej atlantickej univerzite by mohlo slúžiť ako model pre iné choroby súvisiace s placentou."

Spoluautormi štúdie sú Babak Mosavati, Ph.D., čerstvý absolvent Vysokej školy inžinierstva a informatiky FAU; a Andrew Oleinikov, Ph.D., profesor biomedicínskych vied na FAU Schmidt College of Medicine.

Výskum podporili Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development, National Institute of Allergy and Infectious Diseases a National Science Foundation.

Zdroj:

Florida Atlantic University

Referencia:

Mosavati, B., a kol. (2022) 3D modelovanie transportu glukózy pomocou 3D mikrofluidiky pri placentárnej malárii. Vedecké správy. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.