Исследование человеческой плаценты является экспериментально сложной задачей из-за этических соображений и недоступности живых органов. Анатомия человеческой плаценты и архитектура взаимодействия матери и плода, например, между кровью матери и плода, сложны и не могут быть легко реконструированы полностью с использованием современных моделей in vitro.

Исследователи из Колледжа инженерных и компьютерных наук Атлантического университета Флориды и Медицинского колледжа Шмидта разработали модель "плацента на чипе", которая имитирует обмен питательными веществами между плодом и матерью под влиянием плацентарной малярии. Сочетая микробиологию с инженерными технологиями, эта новая 3D-модель использует единый микрожидкостный чип для изучения сложных процессов, происходящих в инфицированной малярией плаценте, а также других заболеваний и патологий, связанных с плацентой.

Плацента на чипе имитирует кровоток и имитирует микроокружение инфицированной малярией плаценты в этом состоянии кровотока. Используя этот метод, исследователи внимательно изучают процесс, который происходит, когда инфицированные эритроциты взаимодействуют с сосудистой сетью плаценты. Это микроприбор позволяет им измерять диффузию глюкозы через смоделированный плацентарный барьер и воздействие крови, инфицированной P. falciparum (П. фальципарум) линия, которая может прилипать к поверхности плаценты с помощью экспрессируемой плацентой молекулы, называемой CSA.

Для исследования трофобласты или клетки наружного слоя плаценты и эндотелиальные клетки пупочной вены человека культивировали на противоположных сторонах геля внеклеточного матрикса в компартментарной микрофлюидной системе, образуя физиологический барьер между трубчатой структурой совместного потока, чтобы имитировать упрощенный интерфейс матери и плода в ворсинках плаценты.

Результаты, опубликованные в Научные отчеты, продемонстрировали, что CSA-связывающие инфицированные эритроциты повышают устойчивость к моделируемому плацентарному барьеру для перфузии глюкозы и уменьшают перенос глюкозы через этот барьер. Сравнение скорости транспорта глюкозы через плацентарный барьер в условиях, когда неинфицированный или P. falciparum (П. фальципарум) потоки инфицированной крови на клетках наружного слоя помогают лучше понять этот важный аспект патологии плацентарной малярии и потенциально могут быть использованы в качестве модели для изучения способов лечения плацентарной малярии.

"Несмотря на достижения в области биосенсорики и визуализации живых клеток, интерпретация транспорта через плацентарный барьер остается сложной задачей. Это связано с тем, что плацентарный транспорт питательных веществ представляет собой сложную проблему, которая включает в себя множество типов клеток, многослойные структуры, а также связь между потреблением клеток и диффузией через плацентарный барьер", - сказала Сара Э. Ду, доктор философии, старший автор и доцент кафедры океана и машиностроения FAU. "Наша технология поддерживает формирование микроинженерных плацентарных барьеров и имитирует кровообращение, что обеспечивает альтернативные подходы к тестированию и скринингу".

Большая часть молекулярного обмена между кровью матери и плода происходит в ветвящихся древовидных структурах, называемых ворсинчатыми деревьями. Поскольку плацентарная малярия может начаться только после начала второго триместра, когда межклеточное пространство открывается для инфицированных эритроцитов и лейкоцитов, исследователей заинтересовала плацентарная модель взаимодействия матери и плода, сформированная во второй половине беременности.

"Это исследование предоставляет жизненно важную информацию об обмене питательными веществами между матерью и плодом, пораженными малярией", - сказала Стелла Баталама, доктор философии, декан инженерного колледжа и компьютерных наук FAU. "Изучение молекулярного транспорта между отделениями матери и плода может помочь понять некоторые патофизиологические механизмы плацентарной малярии. Важно отметить, что это новое микрофлюидное устройство, разработанное нашими исследователями из Атлантического университета Флориды, может служить моделью для других заболеваний, связанных с плацентой ".

Соавторами исследования являются Бабак Мосавати, доктор философии, недавний выпускник инженерного колледжа и компьютерных наук FAU; и Эндрю Олейников, доктор философии, профессор биомедицинских наук Медицинского колледжа Шмидта FAU.

Исследование было поддержано Национальным институтом здоровья детей и человеческого развития имени Юнис Кеннеди Шрайвер, Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний и Национальным научным фондом.