Forskere i USA har udviklet en "placenta-on-a-chip", der tæt efterligner den molekylære udveksling af næringsstoffer mellem mor og foster under graviditeten. Sarah Du og kollegaer kl Florida Atlantic University skabt enheden ved hjælp af et par mikrofluidkanaler, adskilt af et indviklet netværk af hydrerede fibre dyrket på hver side med forskellige placentaceller. Opsætningen gjorde det muligt for holdet at genskabe forstyrrelser i udvekslingen af næringsstoffer forårsaget af placenta malaria, og kunne være et vigtigt skridt i retning af at udvikle en behandling for sygdommen.
Placenta er et organ, der udvikler sig sammen med et foster under graviditeten. Det spiller en afgørende rolle i at formidle udvekslingen af næringsstoffer, ilt og affaldsprodukter mellem en mor og hendes foster under udvikling. Blandt de mest presserende trusler mod denne udveksling er placenta malaria: en sygdom forårsaget af en parasitisk, encellet organisme ved navn Plasmodium falciparum, som inficerer moderens røde blodlegemer. Ved at forstyrre forsyningen af næringsstoffer til fosteret kan denne sygdom resultere i alvorligt nedsat fødselsvægt - i sidste ende forårsage op til 200,000 nyfødte dødsfald samt 10,000 mødredødsfald hvert år.
Moderkagens struktur er indviklet kompleks: med flerlagsstrukturer, der består af mange forskellige celletyper, såvel som forgrenede blodkar kaldet "villous træer", hvor de molekylære udvekslinger mellem moderens og fosterets blod finder sted. Disse strukturer kan fange parasit-inficerede røde blodlegemer, hvilket begrænser strømmen af næringsstoffer mellem mor og foster.
Disse komplekse strukturer er usædvanligt udfordrende at reproducere ved hjælp af modeller; men etiske begrænsninger betyder også, at inficerede moderkager ikke blot kan undersøges under graviditeten. Som følge heraf har behandlinger for denne sygdom hidtil vist sig at være særligt vanskelige at udvikle. For at løse denne udfordring udviklede Du's team den nye placenta-på-en-chip.
Enheden er centreret omkring en ekstracellulær matrixgel, der indeholder et hydreret netværk af seje kollagenfibre, der tillader molekylære næringsstoffer at passere igennem. Forskerne dyrkede den ene side af gelen med en prøve af trofoblastcellerne fundet på det ydre lag af moderkagen, som interagerer direkte med moderens blod. På den anden side udviklede de en kultur af de celler, der beklæder indersiden af den menneskelige navlestreng, som interagerer med fosterets blod.
Korrigering af et historisk svigt i kvinders sundhed
Denne gel blev derefter brugt til at adskille et par af sammenflydende mikrofluidiske kanaler - repræsenterende blodet fra en mor og hendes foster. Ved at bruge denne forenklede opsætning inficerede Du og kolleger blod i kanalen, der vender mod trofoblastcellerne med Plasmodium falciparum og observerede, hvordan de inficerede blodlegemer klæbede til overfladen ved hjælp af et specifikt molekyle udtrykt af placentacellerne. Efterfølgende observerede de en formindsket overførsel af glukose over gelbarrieren: reproducerer et nøgletræk ved placental malaria.
Dette vellykkede resultat viser, at placenta-on-a-chip kan blive en vital ressource til at studere placenta malaria og muligvis endda andre typer placenta-relaterede sygdomme. Ved at give et klart overblik over, hvordan sygdommen udvikler sig, håber Du's team, at deres enhed i sidste ende kan føre til nye behandlinger, som i sidste ende kan redde tusindvis af liv globalt hvert år.
Forskerne rapporterer deres fund i Videnskabelige rapporter.
