Forskare i USA har utvecklat en "placenta-on-a-chip" som nära efterliknar det molekylära utbytet av näringsämnen mellan mor och foster under graviditeten. Sarah Du och kollegor på Florida Atlantic University skapade enheten med hjälp av ett par mikrofluidkanaler, åtskilda av ett intrikat nätverk av hydratiserade fibrer odlade på varje sida med olika placentaceller. Upplägget gjorde det möjligt för teamet att återskapa störningar i näringsämnesutbytet orsakade av placental malaria, och kan vara ett nyckelsteg mot att utveckla en behandling för sjukdomen.
Placentan är ett organ som utvecklas tillsammans med ett foster under graviditeten. Det spelar en avgörande roll för att förmedla utbytet av näringsämnen, syre och avfallsprodukter mellan en mamma och hennes foster under utveckling. Bland de mest akuta hoten mot detta utbyte är placentamalaria: en sjukdom som orsakas av en parasitisk, encellig organism som heter Plasmodium falciparum, som infekterar moderns röda blodkroppar. Genom att störa tillförseln av näringsämnen till fostret kan denna sjukdom resultera i kraftigt minskad födelsevikt – vilket i slutändan orsakar upp till 200,000 10,000 nyfödda dödsfall, såväl som XNUMX XNUMX mödradödsfall varje år.
Moderkakans struktur är intrikat komplex: med strukturer i flera lager som består av många olika typer av celler, såväl som förgrenade blodkärl som kallas "villous trees" där molekylära utbyten mellan moderns och fostrets blod äger rum. Dessa strukturer kan fånga parasitinfekterade röda blodkroppar, vilket begränsar flödet av näringsämnen mellan mor och foster.
Dessa komplexa strukturer är exceptionellt utmanande att reproducera med hjälp av modeller; men etiska begränsningar gör också att infekterade moderkakor inte bara kan undersökas under graviditeten. Som ett resultat av detta har behandlingar för denna sjukdom hittills visat sig vara särskilt svåra att utveckla. För att möta denna utmaning utvecklade Dus team den nya moderkakan-på-ett-chip.
Enheten är centrerad kring en extracellulär matrisgel som innehåller ett hydratiserat nätverk av sega kollagenfibrer som låter molekylära näringsämnen passera igenom. Forskarna odlade ena sidan av gelén med ett prov av trofoblastcellerna som finns på det yttre lagret av moderkakan, som direkt interagerar med moderns blod. Å andra sidan utvecklade de en kultur av cellerna som kantar insidan av den mänskliga navelvenen, som interagerar med fostrets blod.
Att rätta till ett historiskt misslyckande i kvinnors hälsa
Denna gel användes sedan för att separera ett par samflödande mikrofluidkanaler - representerande blodet från en mor och hennes foster. Med hjälp av denna förenklade inställning infekterade Du och kollegor blod i kanalen som vetter mot trofoblastcellerna med Plasmodium falciparum och observerade hur de infekterade blodkropparna fäste vid ytan, med hjälp av en specifik molekyl som uttrycks av placentacellerna. Därefter observerade de en minskad överföring av glukos över gelbarriären: reproducerar en nyckelfunktion i placentamalaria.
Detta framgångsrika resultat visar att placenta-on-a-chip kan bli en viktig resurs för att studera placentamalaria, och möjligen även andra typer av placentarelaterade sjukdomar. Genom att erbjuda en tydlig bild av hur sjukdomen utvecklas hoppas Dus team att deras enhet så småningom kan leda till nya behandlingar, som i slutändan kan rädda tusentals liv globalt varje år.
Forskarna rapporterar sina resultat i Vetenskapliga rapporter.
