Peneliti mengembangkan plasenta-on-a-chip

Can we eat to starve cancer? | William Li (Juli 2019).

Anonim

Para peneliti di University of Pennsylvania telah mengembangkan plasenta-on-a-chip pertama yang sepenuhnya dapat memodelkan transportasi nutrisi di seluruh penghalang plasenta.

Perangkat berukuran drive-flash berisi dua lapisan sel manusia yang memodelkan antarmuka antara ibu dan janin. Saluran mikofluida di kedua sisi lapisan tersebut memungkinkan peneliti untuk mempelajari bagaimana molekul diangkut melalui, atau diblokir oleh, antarmuka itu.

Seperti organ-on-chip lainnya, seperti yang dikembangkan untuk mensimulasikan paru-paru, usus dan mata, plasenta-on-a-chip menyediakan kemampuan unik untuk meniru dan mempelajari fungsi organ manusia dengan cara yang belum mungkin dilakukan. alat-alat tradisional.

Penelitian tentang plasenta-on-a-chip tim adalah bagian dari upaya nasional yang disponsori oleh March of Dimes untuk mengidentifikasi penyebab kelahiran prematur dan cara-cara untuk mencegahnya. Bayi prematur mungkin mengalami konsekuensi seumur hidup, melemahkan, tetapi mekanisme yang mendasari kondisi ini tidak dipahami dengan baik sebagian karena kesulitan bereksperimen dengan placentae manusia yang utuh dan hidup.

Penelitian ini dipimpin oleh Dan Huh, Asisten Profesor Asisten Keluarga Wilf dari Bioengineering di Penn's School of Engineering dan Applied Science, dan Cassidy Blundell, seorang mahasiswa pascasarjana di laboratorium Huh. Mereka berkolaborasi dengan Samuel Parry, Franklin Payne Professor of Obstetrics and Gynecology; Christos Coutifaris, Nancy and Richard Wolfson Profesor Obstetri dan Ginekologi di Penn's Perelman School of Medicine; dan Emily Su, asisten profesor kebidanan dan kandungan di Anschutz Medical School, Universitas Colorado Denver.

Studi ini dipublikasikan di jurnal Lab on a Chip.

Plasenta-on-a-chip peneliti adalah perangkat silikon bening dengan dua saluran mikofluida paralel yang dipisahkan oleh membran berpori. Di satu sisi dari pori-pori itu, sel-sel troboblas, yang ditemukan di antarmuka plasenta dengan darah ibu, tumbuh. Di sisi lain adalah sel-sel endotel, ditemukan di bagian dalam pembuluh darah janin. Lapisan kedua tipe sel tersebut menyerupai penghalang plasenta, gatekeeper antara sistem sirkulasi ibu dan janin.

"Itu penghalang, " kata Blundell, "menengahi semua transportasi antara ibu dan janin selama kehamilan. Nutrisi, tetapi juga agen asing seperti virus, harus diangkut oleh penghalang itu atau dihentikan."

"Salah satu fungsi terpenting dari penghalang plasenta adalah transportasi, " kata Huh, "jadi penting bagi kita untuk meniru fungsi itu."

Pada 2013, Huh dan kolaboratornya di Seoul National University melakukan penelitian awal untuk membuat perangkat mikofluida untuk membiakan sel-sel trofoblast dan sel-sel endotel janin. Model ini, bagaimanapun, tidak memiliki kemampuan untuk membentuk jaringan plasenta fisiologis dan secara akurat mensimulasikan fungsi transportasi dari penghalang plasenta.

Dalam studi baru mereka, para peneliti Penn telah menunjukkan bahwa dua lapisan sel terus tumbuh dan berkembang saat berada di dalam chip, menjalani proses yang dikenal sebagai "syncytialization."

"Sel-sel plasenta berubah selama kehamilan, " kata Huh. "Selama kehamilan, sel-sel trofoblas plasenta sebenarnya bersatu dengan satu sama lain untuk membentuk jaringan yang menarik yang disebut syncytium. Penghalang juga menjadi lebih tipis saat kehamilan berlangsung, dan dengan model baru kami, kami dapat mereproduksi perubahan ini.

"Proses ini sangat penting karena mempengaruhi transportasi plasenta dan merupakan aspek penting yang tidak terwakili dalam model kami sebelumnya."

Tim Penn memvalidasi model baru dengan menunjukkan tingkat transfer glukosa di seluruh penghalang syncytialized ini sesuai yang diukur dalam studi perfusi plasentae manusia yang disumbangkan.

Meskipun berguna dalam menyediakan tipe baseline ini, jaringan plasenta yang disumbangkan dapat menjadi masalah karena melakukan banyak jenis penelitian yang diperlukan untuk sepenuhnya memahami struktur dan fungsi plasenta, terutama karena berkaitan dengan penyakit dan gangguan.

"Plasenta adalah organ yang paling sedikit dimengerti dalam tubuh manusia, " kata Huh, "dan masih banyak yang harus dipelajari tentang bagaimana transportasi antara ibu dan janin bekerja di jaringan, seluler dan tingkat molekuler. Organ utuh yang terisolasi adalah tidak ideal. platform untuk jenis studi mekanistik. "

"Di luar kelangkaan sampel, " kata Blundell, "ada jangka hidup terbatas tentang berapa lama jaringan tetap layak, hanya beberapa jam setelah melahirkan, dan sistem yang digunakan untuk menyemprot jaringan dan melakukan studi transportasi sangat kompleks."

Sementara plasenta-on-a-chip masih dalam tahap awal pengujian, para peneliti di Penn dan di luar sudah berencana untuk menggunakannya dalam studi tentang kelahiran prematur.

"Upaya ini, " kata Parry, "adalah bagian dari Pusat Penelitian Prematuritas yang jauh lebih besar di sini di Penn, salah satu dari lima pusat di seluruh negara yang didanai oleh March of Dimes untuk mempelajari penyebab kelahiran prematur. Tingkat kelahiran prematur adalah tentang 10 hingga 11 persen dari semua kehamilan. Angka itu belum menurun, dan intervensi untuk mencegah kelahiran prematur sebagian besar tidak berhasil. "

Sebagai bagian dari hibah $ 10 juta dari March of Dimes yang mendirikan Center, Parry dan rekan-rekannya meneliti perubahan metabolik yang mungkin terkait dengan kelahiran prematur menggunakan jalur sel plasenta in vitro dan jaringan plasenta ex vivo. Hibah ini juga mendukung pekerjaan mereka dengan laboratorium Huh untuk mengembangkan alat-alat baru yang dapat memodelkan disfungsi plasenta kelahiran prematur dan menginformasikan upaya penelitian tersebut.

"Sejak menerbitkan makalah ini, " kata Samuel Parry, "kami telah menghubungi para peneliti utama di empat situs March of Dimes lainnya dan menawarkan untuk menyediakan model ini untuk digunakan dalam eksperimen mereka."

"Akhirnya, " kata Huh, "kami berharap dapat memanfaatkan kemampuan unik dari model kami untuk menunjukkan potensi teknologi organ-on-a-chip sebagai strategi baru untuk berinovasi penelitian dasar dan translasi dalam biologi reproduksi dan kedokteran."

menu
menu