Method Article
לשעבר vivo מודל זלוף שליה אנושי הסירקולציה המחודשת כפול יכול לשמש כדי לחקור את העברת xenobiotics ו חלקיקים ברחבי שליית האדם. בפרוטוקול וידאו זה אנו מתארים את הציוד וטכניקות הנדרשות לביצוע מוצלח של זלוף שליה.
לפני עשרות שנים שליית האדם נחשב מחסום בלתי חדיר בין האם והעובר. עם זאת, הגילוי של מומים מולדים-Induced תלידומיד ומחקרים רבים מאוחר יותר לאחר מכן הוכיח את ההפך. היום כמה xenobiotics מזיק כמו ניקוטין, הרואין, מתדון או תרופות, כמו גם מזהמים סביבתיים תואר להתגבר על המכשול הזה. עם השימוש הגובר של ננוטכנולוגיה, השלייה עשויה לבוא במגע עם חלקיקי רומן או בטעות או במכוון באמצעות חשיפה במקרה של יישומי nanomedical פוטנציאליים. נתונים מניסויים בבעלי החיים לא ניתן להסיק לבני אדם, כי השליה היא האיבר של היונקים מינים הספציפיים ביותר 1. לכן, vivo לשעבר זלוף שליה אנושי הסירקולציה המחודשת כפול, שפותח על ידי Panigel et al. בשינה 1967 2 ורציפות שונה על ידי שניידר ואח'. בשנת 1972 3, יכול לשמש כמודל לא מצויןo ללמוד את העברת xenobiotics או חלקיקים.
כאן, אנו מתמקדים כפול vivo לשעבר הסירקולציה המחודשת פרוטוקול זלוף שליה אנושי ופיתוח נוסף שלה לרכישת תוצאות לשחזור.
Placentae התקבלו לאחר הסכמה מדעת מהאמהות מהריונות טווח מסובכים שעברו לידה בניתוח קיסרית. כלי העובריים ואימהיים של טבורית השלמה היו cannulated וperfused לפחות במשך חמש שעות. כמודל חלקיקי חלקיקי פוליסטירן שכותרתו fluorescently עם גדלים של 80 ו -500 ננומטר בקוטר נוספו למעגל האימהי. ה -80 ננומטר החלקיקים הצליחו לחצות את מחסום השליה ולספק דוגמה מושלמת לחומר אשר מועבר על פני השליה לעובר ואילו 500 ננומטר החלקיקים נשמרו ברקמת השליה או מעגל אימהי. מודל זלוף השליה לשעבר vivo האנושי הוא אחד מכמה מודלים המספקים מידע אמין עלהתנהגות ההובלה של xenobiotics במחסום רקמה חשוב, אשר מספק נתונים רלוונטיים לניבוי וקליניים.
השליה היא איבר מורכב האחראית על חילופי חמצן, פחמן דו חמצני, חומרים מזינים וחומרי פסולת ובו בזמן מסוגל לשמור על שני המעגלים של האם והעובר הגדל מופרד אחד מהשני בדם. בנוסף, הוא מונע דחייה של הילד על ידי מערכת החיסון האימהית ומפריש הורמונים כדי לשמור על הריון. המכשול הסלולרי נוצר על ידי תאי cytotrophoblast שהפתיל וליצור syncytium אמיתי בלי קרום תא לרוחב 4,5. כל השליה מאורגנת בכמה פסיגים, המכילים עץ אחד villous עוברי ומייצגים יחידה תפקודית אחת מהשליה.
המחקר של תפקוד מחסום השליה הוגבר עם הגילוי של מומים המושרה התלידומיד בשנתי ה -1960. מסיבות מובנות לא ניתן לבצע מחקרי טרנסלוקציה עם נשים בהריון. כתוצאה מכך, מודלים חלופיים שונים פותחו 6,7 . המודל הרלוונטי המבטיח ביותר וכנראה הקליני ביותר הוא מודל vivo לשעבר אנושי השליה זלוף שפותח על ידי Panigel ועמיתים לעבודה 2,3.
נשים רבות נחשפות לxenobiotics שונה כגון תרופות או מזהמים סביבתיים במהלך ההריון שלהם 8. לחלק מתרופות שכבר מנוהלות באופן קבוע במהלך הריון, במחקרי vivo יכול להתבצע על ידי השוואה של ריכוז הדם האימהי עם זה בדם של חבל טבור. עם זאת, בדרך כלל יש מידע מוגבל בלבד על הפרמקוקינטיקה ו- דינמיקה בעובר וteratogenicity של חומרים אלה.
לדוגמא אופיאטים כמו הרואין לחצות בקלות את מחסום השליה ויכול להוביל להגבלת צמיחה תוך רחמי, לידה מוקדמת או הפלה ספונטנית 9,10. לכן, במקרה של התנזרות חסרה בזמן הריון טיפול בתחליפי מתדון עם מומלץ. לשעברמודל זלוף שליה אנושי vivo חשף כי העברת מתדון למחזור הדם של העובר היא 11 זניחים, שקושר היטב עם הדם האימהי ליחס מחושב דם טבורי הריכוז לאחר לידת 12.
הננוטכנולוגיה היא תחום צומח ובמיוחד בתחום הרפואה. לכן, באופן טבעי מתחת לקנס (<2.5 מיקרומטר קוטר) וחלקיקי ultrafine (<0.1 מיקרומטר קוטר) בעשן של שריפות יער, התפרצויות הרי געש ואבק במדבר, החשיפה לננו מהונדס (ממד אחד לפחות <0.1 מיקרומטר 13 ) הולך וגדל. זה העלה שאלות לגבי הפוטנציאל של ננו טוקסיקולוגי מהונדס. למרות שאין סכנה לבני אדם ניתן יהיה להוכיח זאת, יש מחקרים ניסיוניים עיקריים מצביעים על כך שחלקיקים מהונדסים יכולים לגרום לתגובות ביולוגיות שליליות מובילות לתוצאות toxicological 14. לאחרונה, חלק מהמחקרים מצביעים על כך שחשיפה טרום לידתי כדיזיהום אוויר קשור לצורך גבוה יותר בדרכי הנשימה ודלקת בדרכי נשימה בתינוקות ובילדים 15,16. בנוסף, חלקיקים קטנים עשויים לשמש כנשאים תרופות לטיפול או לעובר או לאם באופן ספציפי. לכן, הוא הופך להיות ברור כי מחקרים מקיפים של xenobiotics או ננו שונים וביכולתם לחצות את מחסום השליה נדרשים. סקירה בפועל על המחקרים השוטפים על חדירות שליה לננו המהונדסים מסוכמים במנזס et al. 2011 17 וBuerki-Thurnherr et al. 2012 7.
הכפול vivo לשעבר הסירקולציה המחודשת מודל זלוף שליה אנושי מספק מערכת מבוקרת ואמינה לחקר התחבורה השליה של אנדוגני השונים ותרכובות אקסוגניים 3,11,12,18,19 ומגוון רחב של פונקציות אחרות של השליה כמו מנגנונים אחראים ל התפתחות של מצבים פתולוגיים כמו רעלת הריון 20-22. בפרוטוקול זה אנו מתמקדים בעיקר להגדיר, טיפול ושיטה המאפשר מחקר של הצטברות, תופעות ושיעורי טרנסלוקציה של מערך רחב של xenobiotics או חלקיקים.
1. הכנת מערכת זלוף
2. Cannulating השליה
3. ביצוע השלב טרום וניסויית של זלוף
הליך העבודה השלם של ניסוי זלוף השליה מתואר באיור 3.
4. ניתוח דוגמאות
איור 4 א מציג את פרופילי הטפטוף של חלקיקי פוליסטירן קטנים (80 ננומטר) שהובלו על פני השליה בהשוואה לחלקיקי פוליסטירן גדולים יותר (500 ננומטר), אשר לא הועברו לתא העוברי. כל נקודת נתונים מייצגת את ריכוז החלקיקים הממוצע לנקודת הזמן נתון של לפחות 3 ניסויים בלתי תלויים. לחלקיקי פוליסטירן העברת השליה היא 19 גודל תלוי. לאחר 3 שעות של זלוף השליה כבר 20-30% מחלקיקי פוליסטירן 80 ננומטר הוסיפו בתחילה מהאימהי הועברו למעגל העוברי, ואילו 500 החלקיקים פוליסטירן ננומטר לא מופיעים במעגל העוברי גם לאחר 6 שעות של זלוף. עם זאת, הריכוז האימהי של 500 חלקיקי ננומטר הולך ופוחת. תמונות הקרינה על סעיף היסטולוגית של הרקמה אחרי זלוף הראו כי חלקיקים אלה מצטברים בסיסי השלייה של (מידע לא מוצג). איור 4 מציג פרופיל זלוף אופייני ל14 radiolabeled C-antipyrine. Antipyrine כמולקולה קטנה lipophilic מופץ על מחסום השליה באמצעות דיפוזיה פסיבית ומשמש כשלט ליושרה של המעגלים. לאחר 4-6 שעות של זלוף שיווי משקל בין ריכוז antipyrine העוברי ואימהי צריך להיות בנוי 23. כדי להעריך ולהשוות את שיעור ההובלה של השליה xenobiotics ריכוז יחס התרופה עוברית לאימהי (נ / ז) מוצג בדרך כלל (איור 5).
באמצעות הניתוח של הורמון חומצת החלב ושליה (choriongonadotropin ולפטין אנושיים) ייצור, כמו גם צריכת גלוקוז הכדאיות והפונקציונליות של רקמת השליה במהלך זלוף יכולים להיות במעקב (איור 6). את הערכים עבור הזלפות עם xenobiotic תמיד צריכים להיות באותו הטווח כערכים מזלוף השליטה ללא xenobiotic. בנוסף, histop הערכת athological של רקמת השליה perfused יכולה להתבצע. לאחר מכן השוואה עם רקמת שליה שאינה יכולה לחשוף perfused שינויים פתולוגיים בשל זלוף (זיהום חיידקים לדוגמה), ולכן יכולה לשמש כפרמטר בקרת איכות אחרת.
תוצאות נציג נוספות שהושגו עם המודל לשעבר vivo כפול הסירקולציה המחודשת אנושי השליה זלוף פורסמו לאחרונה 11,19.
איור 1. זלוף שליה האנושי Ex vivo ההגדרה. 1) אמבט מים עם מאגרים אימהיים ועובריים, 2) חדר זלוף, 3) מלכודת בועה, 4) עמודות oxygenator, ו5) דוד זרימה.
load/50401/50401fig2.jpg "/>
איור 2. איור סכמטי של מודל זלוף השליה האנושי vivo לשעבר אנגלי: עורק עוברי; FV:. וריד עוברי; תואר שני: עורק אימהי; MV: וריד אימהי; BT: מלכודת בועה; נ.ב.: חיישן לחץ
איור 3. עובד הליך של ניסוי זלוף שליה לשעבר vivo אנושי. לאחר לידת השליה צריכה להיות cannulated בתוך 30 דקות. לפני שלב 6 שעות ניסיוני עם סחרור מראש שלב וסגור מראש שלב פתוח יש לבצע לפחות 20 דקות כל אחד.
איור 4. פרופילי טפטוף של חלקיקי פוליסטירן ו -14 </ Sup> C-19 antipyrine. פרופיל הטפטוף של חלקיקי פוליסטירן בגדלים 80 ננומטר (n = 4) ו500 ננומטר (n = 3). בתחילה 25 חלקיקי מיקרוגרם / מ"ל ו 4.2 NCI / 14 מיליליטר C-antipyrine נוספו למעגל האימהי. הסכום של חלקיקים () ו14 C-antipyrine (ב ') נמדדו במעגלים האימהיים (ז, סמלים מוצקים) ועובריים (F, סמלים פתוחים) אחרי הנקודות זמן המצוינות. מוצג הוא הריכוז הממוצע ± SE. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.
איור 5. גודל תלוי העברה של חלקיקי פוליסטירן ברחבי השליה האנושית 19. היחסים בין ריכוזים עובריים והאימהיים של 14 חלקיקי C-antipyrine וקלקר היו Calculated לאחר 180 דקות של זלוף השליה. הנתונים מייצגים את ממוצע ± SE של לפחות 3 ניסויים בלתי תלויים. עמודת השליטה מתארת הזלפות בלי חלקיקים, אבל עם 14 C-antipyrine. (* P <0.05 בהשוואה ל 80 ערך יחס ננומטר).
איור 6. יכולת קיום של רקמת השליה במהלך זלוף 19. () צריכת גלוקוז וייצור חומצת החלב בשלית perfused. הוצג הוא הסכום של שינויים בתוכן הכולל במעגלים (עוברי ואימהי) לאורך הזמן מחולקים במשקל של טבורית perfused. (ב) הפקת נטו מנורמלת (מחולק לפי תוכן NP רקמה ראשוני T0) של הורמוני השליה choriongonadotropin והאנושי לפטין. הנתונים מייצגים את ממוצע ± SE של בL3 ניסויים עצמאיים ממזרח.
מתחת לזלוף הסירקולציה המחודשת הכפול הראה כאן, ישנם מספר תצורות ניסיוניות אחרות אפשריות, תלויות בשאלה אשר צריכה להיות ענה. הזלפות שליה במיוחד פתוחות משמשות בדרך כלל כדי להעריך את אישור התרופה בריכוז המצב יציב 3. זלוף הסירקולציה המחודשת ההגדרה יכול להיות מיושם גם כדי לאשר את ההעברה פעילה של חומרים אנדוגניים או אקסוגני. לגישה זו את אותו הריכוז של xenobiotic יש להוסיף להאם וזרימת הדם העוברית. להניח כי קיימת תחבורה פעילה נגד מפל הריכוזים, הצטברות של חומר בדיקה בכל אחד משני המעגלים אפשר לראות 24. ראוי לציין, התוספת של חומר הבדיקה רק למעגל העוברי היא גם אפשרית ויכולה לחשוף את המנגנון של הובלה על פני מחסום השליה של חומר מסוים זה 25.
הפרוטוקול התפתח במשך טיםדואר ויכול להשתנות בין קבוצות מחקר שונות במיוחד בנוגע לקצב הזרימה, ההרכב של מדיום זלוף, צורה של חמצון וחימום 26,27. במיוחד את קצב הזרימה יכול להשפיע על הזמן שבו מתרחשת העברת transplacental. כדי לשלוט בזה, התוספת של מתחם התייחסות מועבר פסיבי כמו antipyrine היא חשובה. קצב ההעברה של xenobiotic ניתן תמיד בהשוואה לקצב ההעברה של antipyrine (יחס F / M צריך להיות מעל 0.75) 26. מאז העברת antipyrine מוגבלת בעיקר על ידי הזרימה ומשטח חליפין, השוואה זו לוקחת הבדלים בזרימה בגודל של טבורית perfused בחשבון שיכול להשתנות בין הניסויים. בנוסף, FITC-dextran ניתן להוסיף למעגל העוברי לשמש כשליטה על שלמותו של המכשול 26. אובדן נפח עוברי משמש גם כסמן לשלמות המחסום. בדרך כלל ירידה בעובר נוזל עד 4 מ"ל / שעה מותר 28, אבלמחדש אין גבול מקובל.
כמובן, יש כמה חסרונות של שיטת לשעבר vivo אנושי השליה זלוף כמו וריאציות בין פרט ושיעור הצלחה נמוך (15-20%). יתר על כן, תקופת טפטוף של 6 שעות לא יכולה לדמות טיפול תרופתי כרוני, ולכן לא ניתן לשלול את העברת xenobiotic לחלוטין לאחר חשיפה ארוכת טווח. מגבלה נוספת של המודל היא שבעיקר העברת transplacental בטווח מוערכת בעוד שיעור התחבורה בגיל הריון מוקדמים כאשר המכשול הוא עבה יותר נשאר עדיין אינו ידוע. ואכן, טפטוף של placentae השליש הראשון אפשרי אבל הזמינות של placentae אלה היא מוגבל למדי. עם זאת, עד עכשיו שיטת זלוף השליה לשעבר vivo היא המודל היחיד ללימודי התחבורה של xenobiotics השונים או חלקיקים ברקמת שליה אנושית מאורגנת. אמנם ניתן לנתח toxicodynamics במודל זלוף האנושי לשעבר vivo רק בplרקמת acental, ניסויים בבעלי החיים אכן יכולים לספק גם מידע על embryotoxicity. אמנם, בגלל ההבדלים אנטומיים של מחסום השליה בין בני אדם ומכרסמים לא ניתן להסיק את התוצאות הללו לבני אדם 4,5. אפשרות נוספת לחקור העברת transplacental עשויה להיות מודלים תרבית תאים כמו cytotrophoblasts העיקרי, קווים סלולריים choriocarcinoma, שלפוחית קרום פלזמה מבודדת או explants רקמת שליה 29. המודל הנפוץ ביותר הוא הקו הסלולרי BeWo; תאים אלה נגזרים מchoriocarcinoma הריונית ממארת ויכולים להיוצר monolayer ומחוברת בקרום חדיר, ולכן ניתן לבצע מחקרי תחבורה. תוצאות של מחקרי תחבורה באמצעות מודל תא BeWo לתאם גם עם תוצאות שהתקבלו בvivo זלוף השליה האנושי לשעבר 30. עם זאת, כדי ללמוד את הפרטים של תחבורה תרופה (לדוגמא תרומתו של חלבון תחבורה ספציפי) ואת חילוף חומרים, מודל תא BeWo עשוי להיות מ 'עפרות אפשרי בעיקר כי זה קל יותר לטפל ורגיש למניפולציה כמו ביטוי של מובילים או אנזימים שעברו שינוי גנטי, אך לגבי מחקרי העברת סמים כלליים האמינות של הדגם הזה היא מוגבלת. היא חסרה את זרימת דם ויש לו את היושרה של monolayer להיות מוערכת בזהירות שכן הוא תלוי במספר גורמים כמו תנאי תרבית תאים, זריעת צפיפות, משך חשיפה וקרום הוספת 6,29.
xenobiotics שונה וגם חלקיקים נקשרים לחלבוני פלזמה שונים אשר יכול להשפיע באופן משמעותי העברת transplacental 31; שוקל מחייב לחלבוני פלזמה ולכן הוא חשוב. זלוף הבינוני מכיל סרום שור אלבומין, חלבון הפלזמה השכיח ביותר. לאחרונה, מחקר הראה כי יחסי ההעברה של חומרים שונים שהושגו עם מודל זלוף השליה לשעבר vivo האנושי לתאם גם עם בדם טבורי לvivo אימהייחסי ריכוז בדם, כאשר יחסי ההעברה הותאמו על פי היקף 12 מחייבים חלבון פלזמה.
בסך הכל, מודל זלוף השליה לשעבר vivo הוא שיטה תקפה ומהימנה כדי ללמוד את ההובלה על פני השליה האנושית ולחזות במעבר transplacental vivo של xenobiotics חלקיקים.
החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
עבודה זו נתמכת כלכלית על ידי הקרן הלאומית שוויצרי, (תכנית מפד"ל 64, אין להעניק 4064-131,232).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NCTC-135 medium | ICN Biomedicals, Inc. | 10-911-22C | could be replaced by Medium 199 from Sigma (M3769) |
Sodium chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich, Fluka | 71381 | |
Potassium chloride (KCl) | Hospital pharmacy | also possible: Sigma (P9541) | |
Monosodium phosphate (NaH2PO4 · H2O) | Merck | 106346 | |
Magnesium sulfate (MgSO4 · H2O) | Sigma-Aldrich, Fluka | 63139 | |
Calcium chloride (CaCl, anhydrous) | Merck | 102388 | |
D(+) Glucose (anhydrous) | Sigma-Aldrich, Fluka | 49138 | |
Sodium bicarbonate (NaHCO3) | Merck | 106329 | |
Dextran from Leuconostoc spp. | Sigma-Aldrich | 31389 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Applichem | A1391 | |
Amoxicilline (Clamoxyl) | GlaxoSmithKline AG | 2021101A | |
Sodium heparin | B. Braun Medical AG | 3511014 | |
Sodium hydoxide (NaOH) pellets | Merck | 106498 | CAUTION: corrosive |
Ortho-phosphoric acid 85% (H3PO4) | Merck | 100573 | CAUTION: corrosive |
Maternal gas mixture: 95% synthetic air, 5% CO2 | PanGas AG | ||
Fetal gas mixture: 95% N2, 5% CO2 | PanGas AG | ||
Antipyrine (N-methyl-14C) | American Radiolabeled Chemicals, Inc. | ARC 0108-50 μCi | CAUTION: radioactive material (specific activity: 55mCi/mmol) |
Scintillation cocktail (IrgaSafe Plus) | Zinsser Analytic GmbH | 1003100 | |
Polystyrene particles 80 nm | Polyscience, Inc. | 17150 | |
Polystyrene particles 500 nm | Polyscience, Inc. | 17152 | |
EQUIPMENT | |||
Water bath | VWR | 462-7001 | |
Thermostat | IKA-Werke GmbH Co. KG | 3164000 | |
Peristaltic pumps | Ismatec | ISM 833 | |
Bubble traps (glass) | UNI-GLAS Laborbedarf | ||
Flow heater | UNI-GLAS Laborbedarf | ||
Pressure sensor + Software for analyses | MSR Electronics GmbH | 145B5 | |
Notebook | Hewlett Packard | ||
Miniature gas exchange oxygenator | Living Systems Instrumentation | LSI-OXR | |
Tygon Tube (ID: 1.6 mm; OD: 4.8 mm) | Ismatec | MF0028 | |
Tubes for pumps (PharMed BPT; ID: 1.52 mm) | Ismatec | SC0744 | |
Blunt cannulae ( 0.8 mm) | Polymed Medical Center | 03.592.81 | |
Blunt cannulae ( 1.2 mm) | Polymed Medical Center | 03.592.90 | |
Blunt cannulae ( 1.5 mm) | Polymed Medical Center | 03.592.94 | |
Blunt cannulae ( 1.8 mm) | Polymed Medical Center | 03.952.82 | |
Parafilm | VWR | 291-1212 | |
Perfusion chamber with tissue holder (plexiglass) | Internal technical department | Similar equipment is available from Hemotek Limited, UK | |
Surgical suture material (PremiCron) | B. Braun Medical AG | C0026005 | |
Winged Needle Infusion Set (21G Butterfly) | Hospira, Inc. | ASN 2102 | |
Multidirectional stopcock (Discofix C-3) | B. Braun Medical AG | 16494C | |
Surgical scissors | B. Braun Medical AG | BC304R | |
Dissecting scissors | B. Braun Medical AG | BC162R | |
Needle holder | B. Braun Medical AG | BM200R | |
Dissecting forceps | B. Braun Medical AG | BD215R | |
Automated blood gas system | Radiometer Medical ApS | ABL800 FLEX | |
Multi-mode microplate reader | BioTek | Synergy HT | |
Liquid scintillation analyzer | GMI, Inc. | Packard Tri-Carb 2200 | |
Scintillation tubes 5.5 ml | Zinsser Analytic GmbH | 3020001 | |
Tissue Homogenizer | OMNI, Inc. | TH-220 | |
pH meter + electrode | VWR | 662-2779 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved