Các nhà nghiên cứu ở Mỹ đã phát triển một loại “nhau thai trên chip” mô phỏng gần giống quá trình trao đổi phân tử chất dinh dưỡng giữa mẹ và thai nhi trong thai kỳ. Sarah Du và các đồng nghiệp tại Đại học Florida Atlantic đã tạo ra thiết bị này bằng cách sử dụng một cặp kênh vi lỏng, được phân tách bằng một mạng lưới phức tạp gồm các sợi ngậm nước được nuôi cấy ở mỗi bên với các tế bào nhau thai khác nhau. Thiết lập cho phép nhóm tái tạo sự gián đoạn trao đổi chất dinh dưỡng do bệnh sốt rét ở nhau thai gây ra và có thể là một bước quan trọng để phát triển phương pháp điều trị căn bệnh này.
Nhau thai là một cơ quan phát triển cùng với thai nhi trong suốt thai kỳ. Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc làm trung gian trao đổi chất dinh dưỡng, oxy và chất thải giữa người mẹ và thai nhi đang phát triển. Trong số các mối đe dọa cấp bách nhất đối với sự trao đổi này là bệnh sốt rét nhau thai: một căn bệnh gây ra bởi một sinh vật đơn bào ký sinh có tên là Plasmodium falciparum, lây nhiễm các tế bào hồng cầu của người mẹ. Bằng cách làm gián đoạn việc cung cấp chất dinh dưỡng cho thai nhi, căn bệnh này có thể dẫn đến tình trạng giảm cân nghiêm trọng khi sinh – cuối cùng gây ra 200,000 ca tử vong sơ sinh cũng như 10,000 ca tử vong mẹ mỗi năm.
Cấu trúc của nhau thai rất phức tạp: có cấu trúc nhiều lớp được tạo thành từ nhiều loại tế bào khác nhau, cũng như các mạch máu phân nhánh được gọi là “cây nhung mao” nơi diễn ra quá trình trao đổi phân tử giữa máu của mẹ và thai nhi. Những cấu trúc này có thể bẫy các tế bào hồng cầu bị nhiễm ký sinh trùng, hạn chế dòng chất dinh dưỡng giữa mẹ và thai nhi.
Những cấu trúc phức tạp này đặc biệt khó tái tạo bằng các mô hình; nhưng những ràng buộc về đạo đức cũng có nghĩa là không thể kiểm tra đơn giản nhau thai bị nhiễm bệnh trong khi mang thai. Do đó, các phương pháp điều trị căn bệnh này cho đến nay đã được chứng minh là đặc biệt khó phát triển. Để giải quyết thách thức này, nhóm của Du đã phát triển loại nhau thai trên chip mới lạ.
Thiết bị này tập trung xung quanh một loại gel ma trận ngoại bào chứa một mạng lưới các sợi collagen cứng được ngậm nước cho phép các chất dinh dưỡng phân tử đi qua. Các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy một mặt của gel với một mẫu tế bào lá nuôi được tìm thấy ở lớp ngoài của nhau thai, tương tác trực tiếp với máu của người mẹ. Mặt khác, họ đã phát triển một nền nuôi cấy tế bào lót bên trong tĩnh mạch rốn của con người, tương tác với máu của thai nhi.
Khắc phục sự thất bại trong lịch sử đối với sức khỏe phụ nữ
Loại gel này sau đó được sử dụng để tách một cặp kênh vi lỏng cùng chảy – đại diện cho máu của người mẹ và thai nhi. Sử dụng thiết lập đơn giản hóa này, Du và các đồng nghiệp đã lây nhiễm máu trong kênh đối diện với các tế bào lá nuôi với Plasmodium falciparum và quan sát cách các tế bào máu bị nhiễm bệnh bám dính trên bề mặt, sử dụng một phân tử cụ thể được biểu hiện bởi các tế bào nhau thai. Sau đó, họ quan sát thấy sự giảm vận chuyển glucose qua hàng rào gel: tái tạo một đặc điểm chính của sốt rét do nhau thai.
Kết quả thành công này cho thấy nhau thai trên chip có thể trở thành nguồn tài nguyên quan trọng để nghiên cứu bệnh sốt rét do nhau thai và thậm chí có thể là các loại bệnh liên quan đến nhau thai khác. Bằng cách cung cấp một cái nhìn rõ ràng về cách thức diễn biến của căn bệnh này, nhóm của Du hy vọng rằng thiết bị của họ cuối cùng có thể dẫn đến các phương pháp điều trị mới, có thể cứu sống hàng nghìn người trên toàn cầu mỗi năm.
Các nhà nghiên cứu báo cáo phát hiện của họ trong Báo cáo khoa học.
