Onderzoekers in de VS hebben een "placenta-on-a-chip" ontwikkeld die de moleculaire uitwisseling van voedingsstoffen tussen moeder en foetus tijdens de zwangerschap nauw nabootst. Sara Du en collega's bij Florida Atlantic University creëerde het apparaat met behulp van een paar microfluïdische kanalen, gescheiden door een ingewikkeld netwerk van gehydrateerde vezels die aan elke kant waren gekweekt met verschillende placentacellen. De opstelling stelde het team in staat om verstoringen van de uitwisseling van voedingsstoffen veroorzaakt door placenta-malaria opnieuw te creëren, en zou een belangrijke stap kunnen zijn in de ontwikkeling van een behandeling voor de ziekte.
De placenta is een orgaan dat zich tijdens de zwangerschap samen met een foetus ontwikkelt. Het speelt een cruciale rol bij de uitwisseling van voedingsstoffen, zuurstof en afvalproducten tussen een moeder en haar zich ontwikkelende foetus. Een van de meest dringende bedreigingen voor deze uitwisseling is placenta-malaria: een ziekte die wordt veroorzaakt door een parasitair, eencellig organisme genaamd Plasmodium falciparum, die de rode bloedcellen van de moeder infecteert. Door de toevoer van voedingsstoffen naar de foetus te verstoren, kan deze ziekte leiden tot een ernstig verminderd geboortegewicht, wat uiteindelijk kan leiden tot 200,000 sterfgevallen bij pasgeborenen en 10,000 moedersterfte per jaar.
De structuur van de placenta is uiterst complex: met meerlagige structuren die bestaan uit veel verschillende soorten cellen, evenals vertakte bloedvaten die 'villeuze bomen' worden genoemd en waar de moleculaire uitwisselingen tussen moederlijk en foetaal bloed plaatsvinden. Deze structuren kunnen met parasieten geïnfecteerde rode bloedcellen opsluiten, waardoor de stroom van voedingsstoffen tussen moeder en foetus wordt beperkt.
Deze complexe structuren zijn buitengewoon uitdagend om te reproduceren met behulp van modellen; maar ethische beperkingen betekenen ook dat geïnfecteerde placenta's niet zomaar tijdens de zwangerschap kunnen worden onderzocht. Als gevolg hiervan is het tot nu toe bijzonder moeilijk gebleken om behandelingen voor deze ziekte te ontwikkelen. Om deze uitdaging aan te gaan, ontwikkelde het team van Du de nieuwe placenta-op-een-chip.
Het apparaat is gecentreerd rond een extracellulaire matrixgel die een gehydrateerd netwerk van taaie collageenvezels bevat die moleculaire voedingsstoffen doorlaten. De onderzoekers kweekten een kant van de gel met een monster van de trofoblastcellen op de buitenste laag van de placenta, die direct interageren met het bloed van de moeder. Aan de andere kant ontwikkelden ze een kweek van de cellen die de binnenkant van de menselijke navelstrengader bekleden, die interageren met het bloed van de foetus.
Een historisch falen in de gezondheid van vrouwen corrigeren
Deze gel werd vervolgens gebruikt om een paar samenstromende microfluïdische kanalen te scheiden - die het bloed van een moeder en haar foetus vertegenwoordigen. Met behulp van deze vereenvoudigde opstelling infecteerden Du en collega's bloed in het kanaal tegenover de trofoblastcellen met Plasmodium falciparum en observeerde hoe de geïnfecteerde bloedcellen zich aan het oppervlak hechtten, met behulp van een specifiek molecuul dat door de placentacellen tot expressie werd gebracht. Vervolgens zagen ze een verminderde overdracht van glucose door de gelbarrière: een belangrijk kenmerk van placenta-malaria.
Dit succesvolle resultaat toont aan dat de placenta-op-een-chip een essentiële hulpbron kan worden voor het bestuderen van placenta-malaria en mogelijk zelfs andere soorten placenta-gerelateerde ziekten. Door een duidelijk beeld te geven van hoe de ziekte zich ontvouwt, hoopt het team van Du dat hun apparaat uiteindelijk kan leiden tot nieuwe behandelingen, die uiteindelijk wereldwijd elk jaar duizenden levens kunnen redden.
De onderzoekers rapporteren hun bevindingen in Wetenschappelijke rapporten.
