芯片上的胎盘模仿母亲和胎儿之间感染疟疾的营养交换
恶性疟原虫感染导致的胎盘疟疾可导致母婴严重并发症。每年，胎盘疟疾导致近 200,000 名新生儿死亡，主要是由于低出生体重，以及 10,000 名孕产妇死亡。胎盘疟疾是由感染了寄生虫的红细胞引起的，这些红细胞卡在构成胎盘的树状分支结构中。
由于伦理考虑和活体器官的不可接近性，对人类胎盘的研究在实验上具有挑战性。人类胎盘的解剖结构和母胎界面的结构，例如母体和胎儿血液之间的结构，是复杂的，使用现代体外模型无法轻易地对其进行整体重建。
佛罗里达大西洋大学工程与计算机科学学院和施密特医学院的研究人员开发了一种芯片上的胎盘模型，该模型可以模拟胎盘疟疾影响下胎儿和母亲之间的营养交换。这种新颖的 3D 模型将微生物学与工程技术相结合，使用单个微流控芯片来研究疟疾感染的胎盘以及其他与胎盘相关的疾病和病理发生的复杂过程。
芯片上的胎盘模拟血流并在这种流动条件下模拟受疟疾感染的胎盘的微环境。使用这种方法，研究人员仔细检查了受感染的红细胞与胎盘脉管系统相互作用时发生的过程。这种微型装置使他们能够测量跨模拟胎盘屏障的葡萄糖扩散以及感染恶性疟原虫线的血液的影响，该线可以使用称为 CSA 的胎盘表达分子粘附在胎盘表面。
在这项研究中，胎盘和人脐静脉内皮细胞的滋养层或外层细胞在隔室微流体系统中的细胞外基质凝胶的相对侧培养，在共流管状结构之间形成生理屏障，以模拟简化的胎盘绒毛中的母胎界面。
发表在《科学报告》上的结果表明，结合 CSA 的感染红细胞增加了对葡萄糖灌注模拟胎盘屏障的抵抗力，并减少了葡萄糖通过该屏障的转移。在未感染或恶性疟原虫感染的血液在外层细胞上流动时跨胎盘屏障的葡萄糖转运率之间的比较有助于更好地了解胎盘疟疾病理学的这一重要方面，并有可能用作研究治疗方法的模型胎盘疟疾。
“尽管在生物传感和活细胞成像方面取得了进展，但解释跨胎盘屏障的转运仍然具有挑战性。这是因为胎盘营养转运是一个复杂的问题，涉及多种细胞类型、多层结构，以及细胞消耗和扩散之间的耦合。胎盘屏障，”高级作者兼 FAU 海洋与机械工程系副教授 Sarah E. Du 博士说。“我们的技术支持微工程胎盘屏障的形成并模拟血液循环，这为测试和筛查提供了替代方法。”
母体和胎儿血液之间的大部分分子交换发生在称为绒毛树的分支树状结构中。由于胎盘疟疾可能仅在妊娠中期开始后开始，此时绒毛间空间向受感染的红细胞和白细胞开放，研究人员对妊娠后半期形成的母胎界面胎盘模型感兴趣。
“这项研究提供了有关受疟疾影响的母亲和胎儿之间营养交换的重要信息，”FAU 工程与计算机科学学院院长 Stella Batalama 博士说。“研究母体和胎儿隔室之间的分子转运可能有助于了解胎盘疟疾的一些病理生理机制。重要的是，我们佛罗里达大西洋大学的研究人员开发的这种新型微流体装置可以作为其他胎盘相关疾病的模型。”
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