Forskere i USA har utviklet en "placenta-on-a-chip" som tett etterligner den molekylære utvekslingen av næringsstoffer mellom mor og foster under graviditet. Sarah Du og kolleger på Florida Atlantic University laget enheten ved hjelp av et par mikrofluidkanaler, atskilt av et intrikat nettverk av hydratiserte fibre dyrket på hver side med forskjellige placentaceller. Oppsettet gjorde det mulig for teamet å gjenskape forstyrrelser i næringsutvekslingen forårsaket av malaria i placenta, og kan være et viktig skritt mot å utvikle en behandling for sykdommen.
Morkaken er et organ som utvikler seg sammen med et foster under svangerskapet. Det spiller en viktig rolle i å formidle utveksling av næringsstoffer, oksygen og avfallsprodukter mellom en mor og hennes foster i utvikling. Blant de mest presserende truslene mot denne utvekslingen er placental malaria: en sykdom forårsaket av en parasittisk, encellet organisme som heter Plasmodium falciparum, som infiserer mors røde blodlegemer. Ved å forstyrre tilførselen av næringsstoffer til fosteret, kan denne sykdommen resultere i alvorlig redusert fødselsvekt – til slutt forårsake opptil 200,000 10,000 nyfødte dødsfall, samt XNUMX XNUMX mødredødsfall hvert år.
Morkakens struktur er intrikat kompleks: med flerlagsstrukturer som består av mange forskjellige celletyper, samt forgrenede blodårer kalt "villous trees" der molekylære utvekslinger mellom mors- og fosterblod finner sted. Disse strukturene kan fange parasittinfiserte røde blodlegemer, og begrense flyten av næringsstoffer mellom mor og foster.
Disse komplekse strukturene er eksepsjonelt utfordrende å reprodusere ved hjelp av modeller; men etiske begrensninger betyr også at infiserte morkaker ikke bare kan undersøkes under graviditet. Som et resultat har behandlinger for denne sykdommen så langt vist seg å være spesielt vanskelig å utvikle. For å takle denne utfordringen utviklet Du sitt team den nye placenta-på-en-chip.
Enheten er sentrert rundt en ekstracellulær matrisegel som inneholder et hydrert nettverk av tøffe kollagenfibre som lar molekylære næringsstoffer passere gjennom. Forskerne dyrket den ene siden av gelen med en prøve av trofoblastcellene funnet på det ytre laget av morkaken, som direkte samhandler med morens blod. På den andre siden utviklet de en kultur av cellene som kler innsiden av den menneskelige navlestrengen, som samhandler med fosterets blod.
Korrigere en historisk svikt i kvinners helse
Denne gelen ble deretter brukt til å skille et par samflytende mikrofluidkanaler – som representerte blodet til en mor og hennes foster. Ved å bruke dette forenklede oppsettet infiserte Du og kolleger blod i kanalen som vender mot trofoblastcellene med Plasmodium falciparum og observerte hvordan de infiserte blodcellene festet seg til overflaten ved å bruke et spesifikt molekyl uttrykt av placentacellene. Deretter observerte de en redusert overføring av glukose over gelbarrieren: reproduserer et nøkkeltrekk ved placental malaria.
Dette vellykkede resultatet viser at placenta-on-a-chip kan bli en viktig ressurs for å studere morkakemalaria, og muligens til og med andre typer morkake-relaterte sykdommer. Ved å tilby en klar oversikt over hvordan sykdommen utfolder seg, håper Dus team at enheten deres til slutt kan føre til nye behandlinger, som til slutt kan redde tusenvis av liv globalt hvert år.
Forskerne rapporterer sine funn i Vitenskapelige rapporter.
