Un nouveau dispositif microfluidique imite l’échange de nutriments entre la mère et le fœtus touchés par le paludisme placentaire

Paludisme placentaire suite à Plasmodium falciparum Les infections peuvent entraîner de graves complications pour la mère et l’enfant. Chaque année, le paludisme placentaire provoque environ 200 000 décès de nouveau-nés, principalement dus à un faible poids à la naissance, ainsi que 10 000 décès maternels. Le paludisme placentaire est le résultat de globules rouges infectés par des parasites qui se coincent dans les structures ramifiées en forme d’arbre qui composent le placenta.

La recherche sur le placenta humain est expérimentalement difficile en raison de considérations éthiques et de l’inaccessibilité des organes vivants. L’anatomie du placenta humain et l’architecture de l’interface materno-fœtale, comme entre le sang maternel et fœtal, sont complexes et ne peuvent pas être facilement reconstruites dans leur intégralité à l’aide de modèles in vitro modernes.

Des chercheurs du College of Engineering and Computer Science et de la Schmidt School of Medicine de la Florida Atlantic University ont mis au point un modèle de placenta sur puce qui imite l’échange de nutriments entre le fœtus et la mère sous l’influence du paludisme placentaire. Combinant la microbiologie aux technologies d’ingénierie, ce nouveau modèle 3D utilise une seule puce microfluidique pour étudier les processus complexes qui se déroulent dans le placenta infecté par le paludisme, ainsi que d’autres maladies et pathologies liées au placenta.

Le placenta sur puce simule le flux sanguin et imite le microenvironnement du placenta infecté par le paludisme dans cette condition de flux. En utilisant cette méthode, les chercheurs examinent de près le processus qui se produit lorsque les globules rouges infectés interagissent avec le système vasculaire placentaire. Ce microdispositif leur permet de mesurer la diffusion du glucose à travers la barrière placentaire modélisée et les effets du sang infecté par un Pfalciparum ligne qui peut adhérer à la surface du placenta à l’aide d’une molécule exprimée dans le placenta appelée CSA.

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Pour l’étude, des trophoblastes ou des cellules de la couche externe du placenta et des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine ont été cultivées sur les côtés opposés d’un gel de matrice extracellulaire dans un système microfluidique compartimenté, formant une barrière physiologique entre la structure tubulaire à co-flux et imiter une structure simplifiée. interface materno-fœtale au niveau des villosités placentaires.

Résultats, publiés dans rapports scientifiques, ont démontré que les érythrocytes infectés se liant à la CSA ajoutaient une résistance à la barrière placentaire simulée à la perfusion de glucose et réduisaient le transfert de glucose à travers cette barrière. Comparaison entre le taux de transport du glucose à travers la barrière placentaire dans des conditions non infectées ou Pfalciparum Les flux sanguins infectés dans les cellules de la couche externe aident à mieux comprendre cet aspect important de la pathologie du paludisme placentaire et pourraient être utilisés comme modèle pour étudier les moyens de traiter le paludisme placentaire.

Malgré les progrès de la biodétection et de l’imagerie des cellules vivantes, l’interprétation du transport à travers la barrière placentaire reste difficile. En effet, le transport des nutriments à travers le placenta est un problème complexe impliquant plusieurs types de cellules, des structures multicouches, ainsi que le couplage entre l’absorption cellulaire et la diffusion à travers la barrière placentaire. Notre technologie prend en charge la formation de barrières placentaires microtechniques et imite la circulation sanguine, offrant des approches alternatives aux tests et au dépistage. »

Sarah E. Du, Ph.D., auteure principale et professeure associée, Département de génie mécanique et océanique de la FAU

La plupart des échanges moléculaires entre le sang maternel et le sang fœtal se produisent dans des structures arborescentes ramifiées appelées arbres villeux. Parce que le paludisme placentaire ne peut commencer qu’après le début du deuxième trimestre lorsque l’espace intervilleux s’ouvre aux globules rouges et blancs infectés, les chercheurs se sont intéressés au modèle placentaire de l’interface materno-fœtale formé dans la seconde moitié de la grossesse.

« Cette étude fournit des informations vitales sur l’échange de nutriments entre la mère et le fœtus touchés par le paludisme », a déclaré Stella Batalama, Ph.D., doyenne du Collège d’ingénierie et d’informatique de la FAU. « L’étude du transport moléculaire entre les compartiments maternel et fœtal peut aider à comprendre certains des mécanismes physiopathologiques du paludisme placentaire. Surtout, ce nouveau dispositif microfluidique développé par nos chercheurs de la Florida Atlantic University pourrait servir de modèle pour d’autres maladies. » placenta.

Les co-auteurs de l’étude sont Babak Mosavati, Ph.D., récemment diplômé du Collège d’ingénierie et d’informatique de la FAU ; et Andrew Oleinikov, Ph.D., professeur de sciences biomédicales, FAU Schmidt College of Medicine.

La recherche a été soutenue par l’Institut national Eunice Kennedy Shriver de la santé infantile et du développement humain, l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses et la National Science Foundation.

Police de caractère:

Université de l’Atlantique de Floride

Référence du magazine :

Mosavati, B. et coll. (2022) Modélisation 3D assistée par microfluidique du transport du glucose dans le paludisme placentaire. rapports scientifiques. doi.org/10.1038/s41598-022-19422-y.

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