Creata una placenta su un chip che imita lo scambio di nutrienti tra madre e feto

Ricreando la complessa struttura, gli scienziati possono così studiare da vicino malattie nefaste per la gravidanza, prima tra tutte la malaria placentare.

 

Ricercatori negli Stati Uniti hanno sviluppato una “placenta-on-a-chip” che imita da vicino lo scambio molecolare di nutrienti tra madre e feto durante la gravidanza. Sarah Du e colleghi della Florida Atlantic University hanno creato il dispositivo utilizzando una coppia di canali microfluidici, separati da un’intricata rete di fibre idratate coltivate su ciascun lato con diverse cellule placentari. Il loro lavoro è riportato su Scientific Reports.

La configurazione ha permesso al team di ricreare le interruzioni dello scambio di nutrienti causate dalla malaria placentare e potrebbe essere un passo fondamentale verso lo sviluppo di un trattamento per la malattia.

La placenta è un organo che si sviluppa insieme a un feto durante la gravidanza. Svolge un ruolo vitale nel mediare lo scambio di sostanze nutritive, ossigeno e prodotti di scarto tra una madre e il suo feto in via di sviluppo.

Tra le minacce più pressanti a questo scambio c’è la malaria placentare: una malattia causata da un organismo parassitario unicellulare chiamato Plasmodium falciparum, che infetta i globuli rossi della madre.

Interrompendo l’apporto di nutrienti al feto, questa malattia può causare una grave diminuzione del peso alla nascita, causando in definitiva fino a 200.000 morti neonatali e 10.000 morti materne ogni anno.

La struttura della placenta è complessa: caratterizzata da strutture multistrato costituite da molti diversi tipi di cellule, nonché vasi sanguigni ramificati chiamati “alberi villosi” dove avvengono gli scambi molecolari tra sangue materno e fetale. Queste strutture possono intrappolare i globuli rossi infetti da parassiti, limitando il flusso di sostanze nutritive tra madre e feto.

Queste strutture complesse sono eccezionalmente difficili da riprodurre utilizzando i modelli; ma i vincoli etici impongono anche che le placente infette non possono essere esaminate durante la gravidanza. Di conseguenza, i trattamenti per questa malattia si sono finora dimostrati particolarmente difficili da sviluppare. Per affrontare questa sfida, il team di Du ha sviluppato la nuova placenta-on-a-chip.

Il dispositivo è incentrato su un gel a matrice extracellulare contenente una rete idratata di fibre di collagene resistenti che consentono il passaggio di nutrienti molecolari.

I ricercatori hanno coltivato un lato del gel con un campione delle cellule del trofoblasto trovate sullo strato esterno della placenta, che interagiscono direttamente con il sangue della madre. Dall’altra parte, hanno sviluppato una coltura delle cellule che rivestono l’interno della vena ombelicale umana, che interagiscono con il sangue del feto.

Questo gel è stato poi utilizzato per separare un paio di canali microfluidici co-fluenti, che rappresentano il sangue di una madre e del suo feto. Utilizzando questa configurazione semplificata, Du e colleghi hanno infettato il sangue nel canale rivolto verso le cellule del trofoblasto con Plasmodium falciparum e hanno osservato come le cellule del sangue infette aderivano alla superficie, utilizzando una molecola specifica espressa dalle cellule placentari.

Successivamente, hanno osservato un ridotto trasferimento di glucosio attraverso la barriera del gel: riproducendo una caratteristica chiave della malaria placentare.

Questo risultato positivo dimostra che la placenta-on-a-chip potrebbe diventare una risorsa vitale per lo studio della malaria placentare e forse anche di altri tipi di malattie legate alla placenta.

Offrendo una visione chiara di come si svolge la malattia, il team di Du spera che il loro dispositivo possa alla fine portare a nuovi trattamenti, che alla fine potrebbero salvare migliaia di vite a livello globale ogni anno.

Foto: Alex Dolce, Florida Atlantic University