Los investigadores de la Universidad de Pennsylvania han desarrollado la primera placenta en un chip que puede modelar completamente el transporte de nutrientes a través de la barrera placentaria.
El dispositivo del tamaño de una unidad flash contiene dos capas de células humanas que modelan la interfaz entre la madre y el feto. Los canales de microfluidos a ambos lados de esas capas permiten a los investigadores estudiar cómo las moléculas son transportadas o bloqueadas por esa interfaz.
Al igual que otros órganos en chips, como los desarrollados para simular pulmones, intestinos y ojos, la placenta en un chip proporciona una capacidad única para imitar y estudiar la función de ese órgano humano de maneras que no han sidoposible usando herramientas tradicionales.
La investigación sobre la placenta en un chip del equipo es parte de un esfuerzo nacional patrocinado por March of Dimes para identificar las causas del parto prematuro y las formas de prevenirlo. Los bebés prematuros pueden experimentar consecuencias debilitantes para toda la vida, pero las consecuenciaslos mecanismos de esta afección no se comprenden bien debido en parte a las dificultades de experimentar con placenta humana intacta y viva.
La investigación fue dirigida por Dan Huh, profesor asistente de bioingeniería de la familia Wilf en Penn's School of Engineering and Applied Science, y Cassidy Blundell, una estudiante graduada en el laboratorio de Huh. Colaboraron con Samuel Parry, el profesor de Franklin PayneObstetricia y ginecología; Christos Coutifaris, profesor de obstetricia y ginecología de Nancy y Richard Wolfson en la Facultad de medicina Perelman de Penn; y Emily Su, profesora asistente de obstetricia y ginecología en la Facultad de medicina Anschutz de la Universidad de Colorado, Denver.
El estudio fue publicado en la revista Laboratorio en un chip .
La placenta en un chip de los investigadores es un dispositivo de silicona transparente con dos canales microfluídicos paralelos separados por una membrana porosa. En un lado de esos poros, se encuentran células de trofoblasto, que se encuentran en la interfaz placentaria con sangre materna.crecido. En el otro lado están las células endoteliales, que se encuentran en el interior de los vasos sanguíneos fetales. Las capas de esos dos tipos de células imitan la barrera placentaria, el guardián entre los sistemas circulatorios materno y fetal.
"Esa barrera", dijo Blundell, "media todo el transporte entre la madre y el feto durante el embarazo. Los nutrientes, pero también los agentes extraños como los virus, deben ser transportados por esa barrera o ser detenidos".
"Una de las funciones más importantes de la barrera placentaria es el transporte", dijo Huh, "por lo que es esencial para nosotros imitar esa funcionalidad".
En 2013, Huh y sus colaboradores en la Universidad Nacional de Seúl realizaron un estudio preliminar para crear un dispositivo microfluídico para cultivar células trofoblasto y células endoteliales fetales. Sin embargo, este modelo carecía de la capacidad de formar tejido placentario fisiológico y simular con precisión la función de transporte dela barrera placentaria
En su nuevo estudio, los investigadores de Penn han demostrado que las dos capas de células continúan creciendo y desarrollándose dentro del chip, experimentando un proceso conocido como "sincitialización".
"Las células placentarias cambian durante el embarazo", dijo Huh. "Durante el embarazo, las células trofoblásticas placentarias se fusionan entre sí para formar un tejido interesante llamado sincitio. La barrera también se vuelve más delgada a medida que avanza el embarazo, y connuestro nuevo modelo podemos reproducir este cambio.
"Este proceso es muy importante porque afecta el transporte placentario y era un aspecto crítico no representado en nuestro modelo anterior"
El equipo de Penn validó el nuevo modelo al mostrar que las tasas de transferencia de glucosa a través de esta barrera sincitializada coincidían con las medidas en los estudios de perfusión de placenta humana donada.
Si bien es útil para proporcionar este tipo de línea de base, el tejido placentario donado puede ser problemático para realizar muchos de los tipos de estudios necesarios para comprender completamente la estructura y función de la placenta, especialmente en lo que respecta a enfermedades y trastornos.
"Podría decirse que la placenta es el órgano menos entendido en el cuerpo humano", dijo Huh, "y queda mucho por aprender sobre cómo funciona el transporte entre la madre y el feto a nivel tisular, celular y molecular. Un órgano entero aislado es unplataforma no ideal para este tipo de estudios mecanicistas "
"Más allá de la escasez de muestras", dijo Blundell, "hay una vida útil limitada de cuánto tiempo el tejido permanece viable, solo unas pocas horas después del parto, y el sistema que se utiliza para perfundir el tejido y realizar estudios de transporte es complejo"
Si bien la placenta en un chip aún se encuentra en las primeras etapas de las pruebas, los investigadores de Penn y más allá ya planean usarla en estudios sobre el parto prematuro.
"Este esfuerzo", dijo Parry, "era parte del Centro de Investigación de Prematuridad mucho más grande aquí en Penn, uno de los cinco centros en todo el país financiado por March of Dimes para estudiar las causas del parto prematuro. La tasa de nacimientos prematuros.es aproximadamente del 10 al 11 por ciento de todos los embarazos. Esa tasa no ha disminuido, y las intervenciones para prevenir el parto prematuro no han tenido éxito ".
Como parte de una subvención de $ 10 millones de March of Dimes que estableció el Centro, Parry y sus colegas investigan cambios metabólicos que pueden estar asociados con el parto prematuro usando líneas celulares placentarias in vitro y tejido placentario ex vivo. La subvención también apoyó sutrabaje con el laboratorio de Huh para desarrollar nuevas herramientas que puedan modelar la disfunción placentaria asociada al parto prematuro e informar tales esfuerzos de investigación.
"Desde la publicación de este documento", dijo Samuel Parry, "nos hemos comunicado con los investigadores principales en los otros cuatro sitios de March of Dimes y les hemos ofrecido proporcionarles este modelo para que lo usen en sus experimentos".
"Eventualmente", dijo Huh, "esperamos aprovechar las capacidades únicas de nuestro modelo para demostrar el potencial de la tecnología de órgano en un chip como una nueva estrategia para innovar la investigación básica y traslacional en biología y medicina reproductiva".
La investigación fue apoyada por el Centro de Investigación de Prematuridad March of Dimes de la Universidad de Pennsylvania y el Premio al Nuevo Innovador del Director de los Institutos Nacionales de Salud 1DP2HL127720-01.
También contribuyeron al estudio los miembros del laboratorio de Huh, Emily Tess y Ariana Schanzer.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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