Forskare vid University of Pennsylvanias School of Engineering and Applied Science har visat genomförbarheten av deras "organ-on-a-chip"-plattform för att studera hur droger transporteras över den mänskliga placentabarriären.

Vissa läkemedel som administreras av modern kan komma in i fostrets blodomlopp, men hur moderkakan avgör vilka molekyler som kan ta sig igenom är fortfarande dåligt förstått. Sätten att testa denna process är begränsade. Djurmodeller fångar inte viktiga detaljer om människans fysiologi, mest in vivo-forskning kan inte utföras etiskt, och moderkakor som donerats efter födseln är bara livskraftiga i några timmar, gör det svårt att korrekt utföra komplicerade transportförsök.

Ett litet antal läkemedel har testats via denna "ex vivo placental perfusion"-metod, dock. Genom att jämföra resultaten av transportexperiment utförda på deras moderkaka-på-ett-chip, Penn-teamet visade att deras bänksystem skulle kunna vara ett effektivt stöd för ett levande organ i sådan forskning.

Studien leddes av Dan Huh, Wilf Family Term biträdande professor i bioteknik vid Penns School of Engineering and Applied Science, och Cassidy Blundell, en doktorand i Huh-labbet. Andra labbmedlemmar, Yoon-Suk Yi, Lin Ma, Emily Tess, Megan Farrell och Andrei Georgescu, bidragit till studien. De samarbetade med Lauren M. Aleksunes, en docent vid Rutgers Universitys Ernest Mario School of Pharmacy.

Det stod på omslaget till tidningen Avancerat vårdmaterial .

Penn-teamets placenta-on-a-chip är ett litet block av silikon som rymmer två mikrofluidkanaler åtskilda av ett poröst membran. Forskarna odlar mänskliga trofoblastceller på ena sidan av membranet och endotelceller på den andra. Skikten av dessa två celltyper efterliknar placentabarriären, som bestämmer vad som går från moderns till fostrets cirkulationssystem.

Genom att lägga till olika molekyler till den blodliknande vätskan som strömmar genom den "moderna" mikrofluidkanalen, forskarna kan mäta med vilken hastighet de överför till "fostrets" kanal och hur mycket de samlas i själva barriären.

Möjligheten att testa denna process på mänskliga moderkakor är mycket efterfrågad. Gravida kvinnor är uteslutna från kliniska läkemedelsprövningar, och djurmodeller har allvarliga begränsningar. Dessa begränsningar demonstrerades tragiskt när det gäller talidomid, där en drog med illamående som kan transporteras över den mänskliga placentabarriären ledde till tiotusentals fosterskador och dödsfall.

Aktuella toppmoderna transportexperiment utförs på donerad mänsklig placentavävnad, men att ansluta ett levande organ till testapparaten är rörigt, petigt förslag.

"Ex vivo placenta perfusion är en bra metod, "Ha sa, "men den har en ganska hög misslyckandefrekvens, och experimentupplägget är komplicerat:det är benäget att läcka och behöver en hög kompetensnivå. De flesta läkemedelsföretag kommer inte att kunna testa sina läkemedel med den här metoden."

För att validera sin placenta-på-ett-chip som en testplattform, Huh och hans kollegor jämförde transporten av två läkemedel som har studerats via placenta perfusion ex vivo:heparin, ett antikoagulant, och glyburid, används vid behandling av graviditetsdiabetes.

Heparin förstås vara en för stor molekyl för att passera genom placentabarriären, och lagets placenta-on-a-chip bar också ut det resultatet. Glyburide anses säkert att använda under graviditet, tack vare specialiserade effluxtransportörer som uttrycks av placentavävnaden som förhindrar moderligt administrerade läkemedelsmolekyler från att nå fostret. Placenta-on-a-chip kunde efterlikna denna skyddsmekanism.

"Vi närmar oss, " sa Huh. "Denna studie har gett oss förtroende för att placenta-på-ett-chipet har en enorm potential som en screeningplattform för att bedöma och förutsäga läkemedelstransport i den mänskliga moderkakan."

Ytterligare forskning och valideringsstudier kommer att vara nödvändiga innan placentan-på-ett-chips tillräckligt replikerar sin motsvarighet in vivo för kliniska tester.

"Till exempel, den fluorescerande markören vi använder ändrar storleken och formen på läkemedlet, som påverkar transporterna, sade Blundell. vi kommer att arbeta med vår farmakologsamarbetspartner, Lauren Aleksunes, och hennes labb för att simulera mer realistiska situationer."

Förutom läkemedel, Penn-teamets placenta-on-a-chip skulle vara användbar för att bättre förstå hälsoeffekterna av en mängd olika saker som potentiellt skulle kunna passera in i fostrets blodomlopp.

"Vi skulle vilja använda det här systemet för att testa saker utöver droger, sådana örttillskott, vitaminer, och en mängd saker som kvinnor kan ta under graviditeten, Sa Blundell.