Onderzoekers van de School of Engineering and Applied Science van de University of Pennsylvania hebben de haalbaarheid van hun "organ-on-a-chip"-platform aangetoond bij het bestuderen van hoe medicijnen door de menselijke placenta worden getransporteerd.

Sommige door de moeder toegediende medicijnen kunnen in de foetale bloedbaan terechtkomen, maar hoe de placenta bepaalt welke moleculen er doorheen kunnen, is nog slecht begrepen. De manieren om dit proces te testen zijn beperkt. Diermodellen leggen geen belangrijke details vast van de menselijke fysiologie, het meeste in vivo onderzoek kan niet ethisch worden uitgevoerd, en placenta's die na de geboorte worden gedoneerd, zijn slechts enkele uren houdbaar, waardoor het moeilijk is om ingewikkelde transportexperimenten goed uit te voeren.

Een klein aantal geneesmiddelen is getest via deze "ex vivo placentale perfusie"-methode, echter. Door de resultaten van transportexperimenten op hun placenta-op-een-chip te vergelijken, het Penn-team toonde aan dat hun benchtop-systeem een ​​effectieve vervanging zou kunnen zijn voor een levend orgel bij dergelijk onderzoek.

De studie werd geleid door Dan Huh, Wilf Family Term Assistant Professor in Bioengineering aan Penn's School of Engineering and Applied Science, en Cassidy Blundell, een afgestudeerde student in het Huh-lab. Andere laboratoriumleden, Yoon-Suk Yi, Lin Ma, Emily Tess, Megan Farrell en Andrei Georgescu, bijgedragen aan de studie. Ze werkten samen met Lauren M. Aleksunes, een universitair hoofddocent aan de Ernest Mario School of Pharmacy van de Rutgers University.

Het stond op de omslag van het tijdschrift Geavanceerde materialen voor de gezondheidszorg .

De placenta-op-een-chip van het Penn-team is een klein blok siliconen met twee microfluïdische kanalen, gescheiden door een poreus membraan. De onderzoekers kweken aan de ene kant van het membraan menselijke trofoblastcellen en aan de andere kant endotheelcellen. De lagen van die twee celtypen bootsen de placentabarrière na, die bepaalt wat er van de maternale naar de foetale bloedsomloop gaat.

Door verschillende moleculen toe te voegen aan de bloedachtige vloeistof die door het "moederlijke" microfluïdische kanaal stroomt, de onderzoekers kunnen de snelheid meten waarmee ze overgaan naar het "foetale" kanaal en hoeveel ze zich ophopen in de barrière zelf.

Er is veel vraag naar de mogelijkheid om dit proces op menselijke placenta's te testen. Zwangere vrouwen worden uitgesloten van klinische geneesmiddelenonderzoeken, en diermodellen hebben ernstige beperkingen. Die beperkingen werden op tragische wijze aangetoond in het geval van thalidomide, waar een medicijn tegen ochtendmisselijkheid dat door de menselijke placenta kon worden getransporteerd, leidde tot tienduizenden geboorteafwijkingen en sterfgevallen.

De huidige state-of-the-art transportexperimenten worden uitgevoerd op gedoneerd menselijk placentaweefsel, maar het aansluiten van een levend orgaan op het testapparaat is een slordige, kieskeurig voorstel.

"Ex vivo placenta-perfusie is een geweldige methode, "Hé zei, "maar het heeft een vrij hoog percentage mislukkingen, en de experimentele opstelling is ingewikkeld:het is gevoelig voor lekken en vereist een hoog niveau van expertise. De meeste farmaceutische bedrijven zullen hun medicijnen niet met deze methode kunnen testen."

Om hun placenta-op-een-chip als testplatform te valideren, Huh en zijn collega's vergeleken het transport van twee geneesmiddelen die zijn onderzocht via ex vivo placenta-perfusie:heparine, een antistollingsmiddel, en glyburide, gebruikt bij de behandeling van zwangerschapsdiabetes.

Van heparine wordt aangenomen dat het een te groot molecuul is om door de placentabarrière te gaan, en de placenta-on-a-chip van het team bevestigde dat resultaat ook. Glyburide wordt als veilig beschouwd voor gebruik tijdens de zwangerschap, dankzij gespecialiseerde effluxtransporters die tot expressie worden gebracht door het placentaweefsel en die voorkomen dat door de moeder toegediende medicijnmoleculen de foetus bereiken. De placenta-op-een-chip kon dit beschermingsmechanisme nabootsen.

"We komen dichterbij, " Huh zei. "Deze studie heeft ons het vertrouwen gegeven dat de placenta-op-een-chip een enorm potentieel heeft als screeningplatform om het transport van geneesmiddelen in de menselijke placenta te beoordelen en te voorspellen."

Verder onderzoek en validatiestudies zullen nodig zijn voordat de placenta-op-een-chip voldoende zijn in vivo tegenhanger repliceert voor klinische tests.

"Bijvoorbeeld, de fluorescerende marker die we gebruiken verandert de grootte en vorm van het medicijn, wat van invloed is op het vervoer, ' zei Blundell. 'Vooruitgaand, we werken samen met onze farmacoloog-medewerker, Lauren Aleksunes, en haar lab om meer realistische situaties te simuleren."

Naast geneesmiddelen, de placenta-op-een-chip van het Penn-team zou nuttig zijn voor een beter begrip van de gezondheidseffecten van een verscheidenheid aan dingen die mogelijk in de foetale bloedbaan terecht zouden kunnen komen.

"We willen dit systeem gebruiken om dingen te testen die verder gaan dan drugs, dergelijke kruidensupplementen, vitamines, en een hele reeks dingen die vrouwen in de loop van de zwangerschap kunnen overnemen, ' zei Blundell.