Некоторые лекарства, вводимые матерью, могут попадать в кровоток плода, но то, как плацента определяет, какие молекулы могут пройти, все еще плохо изучено. Способы тестирования этого процесса ограничены. Модели на животных не отражают важные детали физиологии человека, большинство исследований in vivo нельзя проводить с этической точки зрения, а плаценты, пожертвованные после рождения, жизнеспособны только в течение нескольких часов, что затрудняет правильное проведение сложных экспериментов по транспортировке.Однако небольшое количество лекарств было протестировано с помощью этого метода «плацентарной перфузии ex vivo».
Сравнивая результаты транспортных экспериментов, проведенных на их плаценте-на-чипе, команда Пенна продемонстрировала, что их настольная система может быть эффективной заменой живому органу в таких исследованиях.Исследованием руководили Дэн Ху, доцент кафедры биоинженерии Уилфа в Школе инженерии и прикладных наук Пенна, и Кэссиди Бланделл, аспирант лаборатории Ху. Другие члены лаборатории, Юн-Сок Йи, Лин Ма, Эмили Тесс, Меган Фаррелл и Андрей Георгеску, внесли свой вклад в исследование. Они сотрудничали с Лорен М. Алексунес, доцентом фармацевтической школы Эрнеста Марио Университета Рутгерса.
Он был размещен на обложке журнала Advanced Healthcare Materials.Плацента-на-чипе команды Пенна представляет собой небольшой блок силикона, в котором находятся два микрофлюидных канала, разделенных пористой мембраной.
Исследователи выращивают клетки трофобласта человека с одной стороны мембраны и эндотелиальные клетки с другой. Слои этих двух типов клеток имитируют плацентарный барьер, который определяет то, что передается от материнской кровеносной системы плода.
Добавляя различные молекулы в похожую на кровь жидкость, протекающую через «материнский» микрофлюидный канал, исследователи могут измерить скорость, с которой они переходят в «плодный» канал, и сколько они накапливаются в самом барьере.Возможность протестировать этот процесс на плаценте человека очень востребована. Беременные женщины исключаются из клинических испытаний лекарств, а модели на животных имеют серьезные ограничения. Эти ограничения были трагически продемонстрированы в случае талидомида, где лекарство от утренней тошноты, способное проникать через плацентарный барьер человека, привело к десяткам тысяч врожденных дефектов и смертей.
Современные эксперименты по транспортировке проводятся на пожертвованной человеческой плацентарной ткани, но подключение живого органа к испытательному устройству — занятие непростое и непростое.«Перфузия плаценты ex vivo — отличный метод, — сказал Ха, — но у него довольно высокий процент неудач, а экспериментальная установка сложна: она подвержена утечкам и требует высокого уровня знаний. Большинство фармацевтических компаний не используют ее. собираются испытать свои лекарства с помощью этого метода ".
Чтобы подтвердить свою «плаценту на чипе» в качестве платформы для тестирования, Ху и его коллеги сравнили транспорт двух препаратов, которые были изучены с помощью плацентарной перфузии ex vivo: гепарин, антикоагулянт и глибурид, используемый для лечения гестационного диабета. .Считается, что гепарин — слишком большая молекула, чтобы пройти через плацентарный барьер, и плацента-на-чипе команды также подтвердила этот результат. Глибурид считается безопасным для использования во время беременности благодаря специализированным переносчикам оттока, экспрессируемым тканью плаценты, которые предотвращают попадание молекул лекарств, вводимых матерью, к плоду.
Плацента-на-чипе смогла имитировать этот защитный механизм.«Мы приближаемся», — сказал Ха. «Это исследование вселило в нас уверенность в том, что плацента-на-чипе имеет огромный потенциал в качестве платформы для скрининга для оценки и прогнозирования транспорта лекарств в плаценте человека».Потребуются дальнейшие исследования и валидационные исследования, прежде чем плацента-на-чипе в достаточной степени воспроизведет свой аналог in vivo для целей клинических испытаний.«Например, флуоресцентный маркер, который мы используем, изменяет размер и форму препарата, что влияет на транспорт», — сказал Бланделл. «В дальнейшем мы будем работать с нашим сотрудником-фармакологом Лорен Алексунес и ее лабораторией, чтобы моделировать более реалистичные ситуации».
Помимо фармацевтики, плацента-на-чипе, разработанная командой Пенна, может быть полезна для лучшего понимания воздействия на здоровье множества факторов, которые потенциально могут попасть в кровоток плода.«Мы хотели бы использовать эту систему для тестирования других вещей, помимо лекарств, таких травяных добавок, витаминов и целого ряда вещей, которые женщины могут принимать во время беременности», — сказала Бланделл.