Ny mikrofluidisk enhet efterliknar näringsutbyte mellan mor och foster som drabbats av placentamalaria

Ny mikrofluidisk enhet efterliknar näringsutbyte mellan mor och foster som drabbats av placentamalaria

Placental malaria till följd av Plasmodium falciparum-infektion kan leda till allvarliga komplikationer för mor och barn. Varje år orsakar placentamalaria nästan 200 000 nyfödda dödsfall, främst på grund av låg födelsevikt, samt 10 000 mödradödsfall. Placental malaria är resultatet av parasitinfekterade röda blodkroppar som fastnar i trädliknande grenstrukturer som utgör moderkakan.

Forskning på den mänskliga moderkakan är experimentellt utmanande på grund av etiska överväganden och de levande organens otillgänglighet. Anatomin hos den mänskliga moderkakan och arkitekturen hos mödra-foster-gränssnittet, såsom: B. mellan moder- och fosterblod, är komplexa och kan inte lätt rekonstrueras i sin helhet med hjälp av moderna in vitro-modeller.

Forskare från Florida Atlantic University College of Engineering and Computer Science och Schmidt College of Medicine har utvecklat en moderkaka-på-ett-chip-modell som efterliknar näringsutbyte mellan fostret och modern under påverkan av placentamalaria. Genom att kombinera mikrobiologi med ingenjörsteknik, använder denna nya 3D-modell ett enda mikrofluidiskt chip för att studera de komplicerade processerna som äger rum i en placenta infekterad med malaria, såväl som andra placentarelaterade sjukdomar och patologier.

Placenta-on-a-Chip simulerar blodflödet och efterliknar mikromiljön i den malariainfekterade moderkakan i detta flödestillstånd. Med denna metod studerar forskarna exakt den process som sker när de infekterade röda blodkropparna interagerar med moderkakans kärl. Denna mikroenhet låter dem mäta glukosdiffusion över den modellerade placentabarriären och effekterna av blod infekterat med en P. falciparum-linje som kan fästa vid ytan av moderkakan med hjälp av den placenta-uttryckta molekylen som kallas CSA.

För studien odlades placenta trofoblaster eller ytterskiktsceller och humana navelvenendotelceller på motsatta sidor av en extracellulär matrisgel i ett kompartmentiserat mikrofluidiskt system, vilket bildar en fysiologisk barriär mellan den parallella tubulära strukturen för att efterlikna ett förenklat mödra-foster gränssnitt Placental villi.

Resultaten, publicerade i Scientific Reports, visade att CSA-bindande infekterade RBC ökade resistens mot den simulerade placentabarriären mot glukosperfusion och minskade glukosöverföringen över denna barriär. Jämförelsen mellan hastigheten av glukostransport över placentabarriären under förhållanden när oinfekterat eller P. falciparum-infekterat blod strömmar till celler i det yttre lagret hjälper till att bättre förstå denna viktiga aspekt av placentala malariapatologi och skulle potentiellt kunna användas som en modell för att studera metoder för att behandla placentamalaria.

Trots framsteg inom biosensing och levande cellavbildning är det fortfarande en utmaning att tolka transport över placentabarriären. Detta beror på att näringstransport över moderkakan är ett komplext problem som involverar flera celltyper, flerskiktiga strukturer och kopplingen mellan cellkonsumtion och diffusion över placentabarriären. Vår teknologi stöder bildandet av mikrokonstruerade placentabarriärer och efterliknar blodcirkulationen, vilket ger alternativa metoder för testning och screening."

Sarah E. Du, Ph.D., senior författare och docent, Institutionen för hav och maskinteknik vid FAU

Det mesta av det molekylära utbytet mellan moder- och fosterblod sker i de förgrenade trädliknande strukturerna som kallas villösa träd. Eftersom placentamalaria först kan börja efter början av andra trimestern, när det intervillösa utrymmet öppnar sig för infekterade röda blodkroppar och vita blodkroppar, var forskarna intresserade av moderkakemodellen av gränssnittet mellan moder och foster, som bildas under andra halvan av graviditeten.

"Denna studie ger viktig information om utbytet av näringsämnen mellan mor och foster som drabbats av malaria", säger Stella Batalama, Ph.D., dekanus, FAU College of Engineering and Computer Science. "Att studera molekylär transport mellan moderns och fostrets avdelningar kan hjälpa till att förstå några av de patofysiologiska mekanismerna i placentamalaria. Viktigt är att denna nya mikrofluidiska enhet utvecklad av våra forskare vid Florida Atlantic University kan fungera som en modell för andra placentarelaterade sjukdomar."

Medförfattare till studien är Babak Mosavati, Ph.D., nyutexaminerad från FAU:s College of Engineering and Computer Science; och Andrew Oleinikov, Ph.D., professor i biomedicinska vetenskaper vid FAU Schmidt College of Medicine.

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

Källa:

Florida Atlantic University

Hänvisning:

Mosavati, B., et al. (2022) 3D-mikrofluidikassisterad modellering av glukostransport i placental malaria. Vetenskapliga rapporter. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

.