Nova mikrofluidna naprava posnema izmenjavo hranil med materjo in plodom, prizadetim zaradi placentne malarije

Nova mikrofluidna naprava posnema izmenjavo hranil med materjo in plodom, prizadetim zaradi placentne malarije

Placentalna malarija, ki je posledica okužbe s Plasmodium falciparum, lahko povzroči resne zaplete za mater in otroka. Vsako leto placentna malarija povzroči skoraj 200.000 smrti novorojenčkov, predvsem zaradi nizke porodne teže, ter 10.000 smrti mater. Placentalna malarija je posledica s paraziti okuženih rdečih krvnih celic, ki se zagozdijo v drevesnih vejah, ki sestavljajo posteljico.

Raziskave človeške placente so zaradi etičnih razlogov in nedostopnosti živih organov eksperimentalno zahtevne. Anatomija človeške placente in arhitektura vmesnika med materjo in plodom, kot je: B. med materino in fetalno krvjo, sta zapleteni in ju ni mogoče zlahka rekonstruirati v celoti z uporabo sodobnih in vitro modelov.

Raziskovalci s Fakultete za inženiring in računalništvo Florida Atlantic University in Schmidt College of Medicine so razvili model placente na čipu, ki posnema izmenjavo hranil med plodom in materjo pod vplivom placentne malarije. Ta novi 3D model, ki združuje mikrobiologijo z inženirskimi tehnologijami, uporablja en sam mikrofluidni čip za preučevanje zapletenih procesov, ki potekajo v placenti, okuženi z malarijo, ter drugih s posteljico povezanih bolezni in patologij.

Placenta-on-a-Chip simulira pretok krvi in ​​posnema mikrookolje placente, okužene z malarijo, v tem stanju pretoka. S to metodo raziskovalci natančno preučujejo proces, ki se zgodi, ko okužene rdeče krvne celice komunicirajo z žilami posteljice. Ta mikronaprava jim omogoča merjenje difuzije glukoze preko modelirane placentne pregrade in učinkov krvi, okužene z linijo P. falciparum, ki se lahko prilepi na površino posteljice z uporabo v placenti izražene molekule, imenovane CSA.

Za študijo so trofoblaste placente ali celice zunanje plasti in endotelne celice človeške popkovnične vene gojili na nasprotnih straneh zunajceličnega matričnega gela v razdeljenem mikrofluidnem sistemu, ki tvori fiziološko pregrado med vzporedno cevasto strukturo, da posnema poenostavljen vmesnik med materjo in plodom placentne resice.

Rezultati, objavljeni v Scientific Reports, so pokazali, da so eritrociti, okuženi s CSA, dodali odpornost simulirani placentni pregradi na perfuzijo glukoze in zmanjšali prenos glukoze čez to pregrado. Primerjava med hitrostjo transporta glukoze čez placentno pregrado v pogojih, ko neokužena ali s P. falciparum okužena kri teče v celice zunanje plasti, pomaga bolje razumeti ta pomemben vidik patologije placentne malarije in bi se lahko potencialno uporabila kot model za preučevanje metod zdravljenja placentne malarije.

Kljub napredku v biosenzorju in slikanju živih celic ostaja interpretacija transporta čez placentno pregrado izziv. To je zato, ker je transport hranil skozi placento zapleten problem, ki vključuje več vrst celic, večplastne strukture in povezavo med porabo celic in difuzijo skozi placentno pregrado. Naša tehnologija podpira tvorbo mikroinženirskih placentnih pregrad in posnema krvni obtok ter zagotavlja alternativne pristope k testiranju in presejanju.«

Sarah E. Du, doktorica znanosti, višja avtorica in izredna profesorica, Oddelek za oceansko in strojno inženirstvo pri FAU

Večina molekularne izmenjave med materino in fetalno krvjo poteka v razvejanih drevesnih strukturah, imenovanih vilosna drevesa. Ker se placentna malarija lahko začne šele po začetku drugega trimesečja, ko se intervilozni prostor odpre za okužene rdeče krvne celice in bele krvne celice, je raziskovalce zanimal placentni model vmesnika mati-plod, ki se oblikuje v drugi polovici nosečnosti.

"Ta študija zagotavlja pomembne informacije o izmenjavi hranil med materjo in plodom, prizadetim z malarijo," je povedala Stella Batalama, doktorica znanosti, dekanja Fakultete za inženiring in računalništvo FAU. "Proučevanje molekularnega transporta med materinskimi in fetalnimi deli lahko pomaga razumeti nekatere patofiziološke mehanizme pri placentni malariji. Pomembno je, da bi ta nova mikrofluidna naprava, ki so jo razvili naši raziskovalci na Florida Atlantic University, lahko služila kot model za druge bolezni, povezane s placento."

Soavtorja študije sta dr. Babak Mosavati, nedavni diplomant Visoke šole za inženiring in računalništvo FAU; in Andrew Oleinikov, dr., profesor biomedicinskih znanosti na FAU Schmidt College of Medicine.

Raziskavo so podprli Nacionalni inštitut za zdravje otrok in človeški razvoj Eunice Kennedy Shriver, Nacionalni inštitut za alergije in nalezljive bolezni ter Nacionalna znanstvena fundacija.

Vir:

Florida Atlantic University

Referenca:

Mosavati, B., et al. (2022) 3D mikrofluidično podprto modeliranje transporta glukoze pri placentni malariji. Znanstvena poročila. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.