Paludisme placentaire suite à Plasmodium falciparum les infections peuvent entraîner de graves complications pour la mère et l’enfant. Chaque année, le paludisme placentaire provoque près de 200 000 décès de nouveau-nés, principalement dus à un faible poids à la naissance, ainsi que 10 000 décès maternels. Le paludisme placentaire résulte de globules rouges infectés par des parasites qui se coincent dans des structures de branches en forme d’arbre qui composent le placenta.
La recherche sur le placenta humain est expérimentalement difficile en raison de considérations éthiques et de l’inaccessibilité des organes vivants. L’anatomie du placenta humain et l’architecture de l’interface materno-fœtale, comme entre le sang maternel et fœtal, sont complexes et ne peuvent pas être facilement reconstruites dans leur intégralité à l’aide de modèles in vitro modernes.
Des chercheurs du Collège d’ingénierie et d’informatique de la Florida Atlantic University et du Schmidt College of Medicine ont développé un modèle de placenta sur puce qui imite l’échange de nutriments entre le fœtus et la mère sous l’influence du paludisme placentaire. Combinant la microbiologie aux technologies d’ingénierie, ce nouveau modèle 3D utilise une seule puce microfluidique pour étudier les processus complexes qui se déroulent dans le placenta infecté par le paludisme ainsi que dans d’autres maladies et pathologies liées au placenta.
Le placenta sur puce simule le flux sanguin et imite le microenvironnement du placenta infecté par le paludisme dans cette condition de flux. En utilisant cette méthode, les chercheurs examinent de près le processus qui se déroule lorsque les globules rouges infectés interagissent avec le système vasculaire placentaire. Ce microdispositif leur permet de mesurer la diffusion du glucose à travers la barrière placentaire modélisée et les effets du sang infecté par un P. falciparum ligne qui peut adhérer à la surface du placenta à l’aide d’une molécule exprimée dans le placenta appelée CSA.
Pour l’étude, des trophoblastes ou des cellules de la couche externe du placenta et des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine ont été cultivées sur les côtés opposés d’un gel de matrice extracellulaire dans un système microfluidique compartimenté, formant une barrière physiologique entre la structure tubulaire à co-flux pour imiter un simplifié interface materno-fœtale dans les villosités placentaires.
Résultats, publiés dans Rapports scientifiques, ont démontré que les érythrocytes infectés se liant à la CSA ajoutaient une résistance à la barrière placentaire simulée pour la perfusion de glucose et diminuaient le transfert de glucose à travers cette barrière. La comparaison entre le taux de transport du glucose à travers la barrière placentaire dans des conditions non infectées ou P. falciparum les flux sanguins infectés sur les cellules de la couche externe aident à mieux comprendre cet aspect important de la pathologie du paludisme placentaire et pourraient potentiellement être utilisés comme modèle pour étudier les moyens de traiter le paludisme placentaire.
Malgré les progrès de la biodétection et de l’imagerie des cellules vivantes, l’interprétation du transport à travers la barrière placentaire reste difficile. En effet, le transport des nutriments placentaires est un problème complexe qui implique plusieurs types de cellules, des structures multicouches, ainsi que le couplage entre la consommation cellulaire et la diffusion à travers la barrière placentaire. Notre technologie prend en charge la formation de barrières placentaires microtechniques et imite la circulation sanguine, ce qui fournit des approches alternatives pour les tests et le dépistage. »
Sarah E. Du, Ph.D., auteure principale et professeure associée, Département de génie océanique et mécanique de la FAU
La plupart des échanges moléculaires entre le sang maternel et le sang fœtal se produisent dans les structures arborescentes ramifiées appelées arbres villeux. Étant donné que le paludisme placentaire peut ne commencer qu’après le début du deuxième trimestre, lorsque l’espace intervilleux s’ouvre aux globules rouges et aux globules blancs infectés, les chercheurs se sont intéressés au modèle placentaire de l’interface mère-fœtus formé au cours de la seconde moitié de la grossesse.
« Cette étude fournit des informations vitales sur l’échange de nutriments entre la mère et le fœtus touchés par le paludisme », a déclaré Stella Batalama, Ph.D., doyenne du FAU College of Engineering and Computer Science. « L’étude du transport moléculaire entre les compartiments maternel et fœtal peut aider à comprendre certains des mécanismes physiopathologiques du paludisme placentaire. Il est important de noter que ce nouveau dispositif microfluidique développé par nos chercheurs de la Florida Atlantic University pourrait servir de modèle pour d’autres maladies liées au placenta.
Les co-auteurs de l’étude sont Babak Mosavati, Ph.D., récemment diplômé du Collège d’ingénierie et d’informatique de la FAU ; et Andrew Oleinikov, Ph.D., professeur de sciences biomédicales, FAU Schmidt College of Medicine.
La recherche a été soutenue par l’Institut national Eunice Kennedy Shriver de la santé infantile et du développement humain, l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses et la National Science Foundation.
