Penn Engineering создал плаценту на чипе из клеток человека для изучения кадмия in vitro

Группа под руководством Дэна Ху (Dan Huh), профессора биоинженерии J. Peter Skirkanich в Penn Engineering, описала микрофизиологическую систему «плацента на чипе» для изучения воздействия металлов окружающей среды на плаценту человека. Работа опубликована в Nature Biomedical Engineering и доступна на nature.com; в ней участвовали коллеги из Принстона, университета Соган в Сеуле и Рутгерского университета nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Модель построена на первичных клетках плаценты человека, выращенных в микрофлюидном устройстве, а в качестве типичного токсиканта авторы использовали кадмий nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Токсичные металлы, в том числе кадмий, который содержится в пище, питьевой воде и табачном дыме, связывают с выкидышем, преждевременными родами и низкой массой тела при рождении. Прямое изучение у беременных женщин ограничено этическими требованиями, поэтому биологическая основа этих эффектов остаётся малоизученной nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Устройство плаценты на чипе

В устройстве используются клетки плаценты человека, выделенные из донорских плацент. С одной стороны слой этих клеток омывается потоком жидкости, имитирующей материнскую кровь. С другой стороны находится трёхмерная тканевая структура с сетью сосудов плода, встроенной в гидрогелевый каркас nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Модель также воспроизводит условия по кислороду, которые, по данным группы, ближе к условиям внутри плаценты, чем в обычной клеточной культуре. Можно добавлять другие типы клеток, включая иммунные клетки плаценты, чтобы изучать более сложные реакции. Прежняя работа Ху с плацентой на чипе была посвящена переходу лекарств через плацентарный барьер. Новая версия, по словам Ху, точнее воспроизводит материнско-плодовый интерфейс и позволяет изучать токсины в более реалистичных условиях.

Что показали эксперименты с кадмием

При пропускании через модель потока «материнской крови» с кадмием авторы наблюдали неблагоприятные биологические реакции и нарушение функции ткани nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. По данным группы, кадмий способен нарушать работу плаценты даже при относительно низких уровнях воздействия, которые не убивают клетки.

При механистическом анализе переноса кадмия от матери к плоду авторы установили, что эффлюксные мембранные транспортёры, экспрессируемые трофобластами, могут играть защитную роль против токсичности кадмия nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Они также сообщили о метаболических изменениях, которые могут указывать на повреждение, связанное с воздействием, и показали возможность использовать систему для поиска метаболических биомаркеров обнаружения и мониторинга дисфункции плаценты, вызванной кадмием nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Все результаты получены in vitro, на клеточной модели.