Forscher in den USA haben eine „Plazenta auf einem Chip“ entwickelt, die den molekularen Austausch von Nährstoffen zwischen Mutter und Fötus während der Schwangerschaft genau nachahmt. Sarah Du und Kollegen bei Florida Atlantic Universität erstellte das Gerät mit einem Paar mikrofluidischer Kanäle, die durch ein kompliziertes Netzwerk aus hydratisierten Fasern getrennt sind, die auf jeder Seite mit verschiedenen Plazentazellen kultiviert werden. Der Aufbau ermöglichte es dem Team, Störungen des Nährstoffaustauschs nachzubilden, die durch Plazenta-Malaria verursacht wurden, und könnte ein wichtiger Schritt zur Entwicklung einer Behandlung für die Krankheit sein.
Die Plazenta ist ein Organ, das sich während der Schwangerschaft zusammen mit einem Fötus entwickelt. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Vermittlung des Austauschs von Nährstoffen, Sauerstoff und Abfallprodukten zwischen einer Mutter und ihrem sich entwickelnden Fötus. Zu den dringendsten Bedrohungen für diesen Austausch gehört Plazenta-Malaria: eine Krankheit, die durch einen parasitären, einzelligen Organismus mit dem Namen verursacht wird Plasmodium falciparum, das die roten Blutkörperchen der Mutter infiziert. Durch die Unterbrechung der Nährstoffversorgung des Fötus kann diese Krankheit zu einem stark verminderten Geburtsgewicht führen – was letztendlich den Tod von bis zu 200,000 Neugeborenen sowie 10,000 Todesfällen bei Müttern pro Jahr verursacht.
Die Struktur der Plazenta ist äußerst komplex: Sie weist vielschichtige Strukturen auf, die aus vielen verschiedenen Zelltypen bestehen, sowie verzweigte Blutgefäße, die als „Villus-Bäume“ bezeichnet werden und in denen der molekulare Austausch zwischen mütterlichem und fötalem Blut stattfindet. Diese Strukturen können mit Parasiten infizierte rote Blutkörperchen einfangen und den Nährstofffluss zwischen Mutter und Fötus einschränken.
Diese komplexen Strukturen sind außerordentlich schwierig mit Modellen zu reproduzieren; aber auch ethische Zwänge bedeuten, dass infizierte Plazentas nicht einfach während der Schwangerschaft untersucht werden können. Infolgedessen hat es sich bisher als besonders schwierig erwiesen, Behandlungen für diese Krankheit zu entwickeln. Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickelte Dus Team die neuartige Placenta-on-a-Chip.
Das Gerät ist um ein extrazelluläres Matrixgel herum angeordnet, das ein hydratisiertes Netzwerk aus robusten Kollagenfasern enthält, die molekulare Nährstoffe passieren lassen. Die Forscher kultivierten eine Seite des Gels mit einer Probe der Trophoblastzellen, die sich auf der äußeren Schicht der Plazenta befinden und direkt mit dem Blut der Mutter interagieren. Andererseits entwickelten sie eine Kultur der Zellen, die das Innere der menschlichen Nabelvene auskleiden und mit dem Blut des Fötus interagieren.
Korrektur eines historischen Versagens in der Frauengesundheit
Dieses Gel wurde dann verwendet, um ein Paar zusammenfließender mikrofluidischer Kanäle zu trennen, die das Blut einer Mutter und ihres Fötus darstellen. Mit diesem vereinfachten Aufbau infizierten Du und Kollegen Blut in dem Kanal, der den Trophoblastzellen zugewandt war Plasmodium falciparum und beobachteten, wie die infizierten Blutzellen an der Oberfläche anhafteten, indem sie ein spezifisches Molekül verwendeten, das von den Plazentazellen exprimiert wurde. Anschließend beobachteten sie einen verminderten Glukosetransfer durch die Gelbarriere: Reproduktion eines Schlüsselmerkmals der Plazenta-Malaria.
Dieses erfolgreiche Ergebnis zeigt, dass die Placenta-on-a-Chip eine lebenswichtige Ressource für die Untersuchung von Plazenta-Malaria und möglicherweise sogar anderer Arten von Plazenta-bedingten Krankheiten werden könnte. Indem es einen klaren Überblick darüber bietet, wie sich die Krankheit entwickelt, hofft Dus Team, dass sein Gerät schließlich zu neuartigen Behandlungen führen könnte, die letztendlich jedes Jahr Tausende von Leben weltweit retten könnten.
Die Forscher berichten über ihre Ergebnisse in Wissenschaftliche Berichte.
