新型微流体装置模拟受胎盘疟疾影响的母亲和胎儿之间的营养交换

新型微流体装置模拟受胎盘疟疾影响的母亲和胎儿之间的营养交换

由恶性疟原虫感染引起的胎盘疟疾可能会给母亲和孩子带来严重的并发症。 每年，胎盘疟疾导致近 200,000 名新生儿死亡（主要是由于出生体重过低），以及 10,000 名孕产妇死亡。 胎盘疟疾是由寄生虫感染的红细胞引起的，这些红细胞卡在构成胎盘的树状分支结构中。

由于伦理考虑和活体器官的不可接近性，对人类胎盘的研究在实验上具有挑战性。 人类胎盘的解剖结构和母胎界面的结构（例如：B.母体和胎儿血液之间）非常复杂，并且无法使用现代体外模型轻易地对其进行整体重建。

佛罗里达大西洋大学工程与计算机科学学院和施密特医学院的研究人员开发了一种胎盘芯片模型，可以模拟胎盘疟疾影响下胎儿和母亲之间的营养交换。 这种新颖的 3D 模型将微生物学与工程技术相结合，使用单个微流控芯片来研究感染疟疾以及其他胎盘相关疾病和病理的胎盘中发生的复杂过程。

胎盘芯片模拟血流并模拟这种流动状态下感染疟疾的胎盘的微环境。 使用这种方法，研究人员准确地研究了受感染的红细胞与胎盘血管相互作用时发生的过程。 这种微型装置使他们能够测量葡萄糖穿过模拟胎盘屏障的扩散，以及感染恶性疟原虫系的血液的影响，这种恶性疟原虫系可以使用胎盘表达的称为 CSA 的分子粘附在胎盘表面。

在这项研究中，胎盘滋养层细胞或外层细胞和人脐静脉内皮细胞在区室微流体系统中的细胞外基质凝胶的相对侧培养，在平行管状结构之间形成生理屏障，以模拟简化的母胎界面胎盘绒毛。

发表在《科学报告》上的结果表明，结合 CSA 的感染红细胞增加了对模拟胎盘葡萄糖灌注屏障的抵抗力，并减少了葡萄糖穿过该屏障的转移。 比较未感染或恶性疟原虫感染的血液流向外层细胞时穿过胎盘屏障的葡萄糖转运速率，有助于更好地了解胎盘疟疾病理学的这一重要方面，并有可能用作研究胎盘疟疾治疗方法的模型。

尽管生物传感和活细胞成像取得了进步，但解释穿过胎盘屏障的运输仍然是一个挑战。 这是因为穿过胎盘的营养物质运输是一个复杂的问题，涉及多种细胞类型、多层结构以及细胞消耗和穿过胎盘屏障的扩散之间的耦合。 我们的技术支持微工程胎盘屏障的形成并模拟血液循环，为测试和筛查提供替代方法。”

Sarah E. Du，博士，资深作者，佛罗里达州立大学海洋与机械工程系副教授

母体和胎儿血液之间的大部分分子交换发生在称为绒毛树的分支树状结构中。 由于胎盘疟疾只能在妊娠中期开始后开始，此时绒毛间隙向受感染的红细胞和白细胞开放，因此研究人员对妊娠后半期形成的母胎界面的胎盘模型很感兴趣。

“这项研究提供了有关受疟疾影响的母亲和胎儿之间营养物质交换的重要信息，”佛罗里达州立大学工程与计算机科学学院院长 Stella Batalama 博士说。 “研究母体和胎儿室之间的分子运输可能有助于了解胎盘疟疾的一些病理生理机制。重要的是，我们佛罗里达大西洋大学的研究人员开发的这种新型微流体装置可以作为其他胎盘相关疾病的模型。”

该研究的共同作者是 Babak Mosavati 博士，他是 FAU 工程与计算机科学学院的应届毕业生； 以及 FAU 施密特医学院生物医学教授 Andrew Oleinikov 博士。

该研究得到了尤尼斯·肯尼迪·施赖弗国家儿童健康和人类发展研究所、国家过敏和传染病研究所以及国家科学基金会的支持。

来源：

佛罗里达大西洋大学

参考：

莫萨瓦蒂，B.，等人。 (2022) 胎盘疟疾中葡萄糖转运的 3D 微流体辅助建模。 科学报告。 doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y 。

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