Method Article
생체 이중 순환 태반 관류 모델은 인간의 태반을 통해 생체 이물질 및 나노 입자의 이동을 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 이 비디오 프로토콜에서 우리는 장비와 태반 관류의 성공적인 수행에 필요한 기술을 설명합니다.
인간의 태반 수십 년 전에이 어머니와 태아 사이에 꿰 뚫을 수없는 장벽이 될 것으로 생각되었다. 그러나 탈리도마이드에 의한 기형아 많은 나중에 연구의 발견은 나중에 반대를 증명했다. 오늘 니코틴 등 여러 가지 유해 생체이는, 헤로인, 메타돈 또는 약물뿐만 아니라 환경 오염 물질이 장벽을 극복하기 위해 설명 하였다. 나노 기술의 사용 증가와 함께, 태반는 실수로 노출을 통해 또는 의도적으로 잠재적 인 나노 메디칼 응용 프로그램의 경우 새로운 나노 입자와 접촉 할 가능성이 높습니다. 태반 대부분의 종 특정 포유류 기관 1이기 때문에 동물 실험의 데이터가 인간에게 추정 할 수 없습니다. 따라서 Panigel 등에 의해 개발 된 생체 이중 순환 태반 관류. 1,967 2 지속적 슈나이더 등으로 수정했습니다. 1,972 3, 우수한 모델 T와 같은 역할을 할 수생체이 또는 입자의 이동을 연구 O를.
여기, 우리는 재현 가능한 결과를 얻기 위해 인간의 태반 관류 프로토콜과 발전을 순환 생체 이중에 초점을 맞 춥니 다.
태반은 제왕 절개 배달을받은 단순한 용어 임신에서 산모의 동의 이후 하였다. 그대로 자엽의 태아와 산모의 배는 적어도 5 시간 유관 및 관류 하였다. 모델 입자로 80 사이즈 직경 500 nm의와 찬란 폴리스티렌 입자는 어머니의 회로에 추가되었습니다. 80 nm의 입자는 태반 장벽을 통과하고 500 nm의 입자가 태반 조직이나 산모의 회로에서 유지하는 동안 태아에게 태반을 통해 전송되는 물질에 대한 완벽한 예제를 제공 할 수 있었다. 생체 인간의 태반 관류 모델에 대한 신뢰할 수있는 정보를 제공하는 몇 가지 모델 중 하나입니다예측 및 임상 관련 데이터를 제공하는 중요한 조직 장벽의 생체 이물의 전송 동작.
태반은 산소, 이산화탄소, 영양분과 노폐물과 어머니와 서로 분리 성장 태아의 두 혈액 회로를 유지할 수 동시에 교환을 담당하는 복잡한 기관이다. 또한, 그것은 산모의 면역 시스템에 의해 아이의 거부를 방지하고 임신을 유지하는 호르몬을 분비. 세포 장벽 4,5 측면 세포막없이 진정한 syncytium 퓨즈 및 양식 cytotrophoblast 세포에 의해 형성된다. 전체 태반은 하나의 태아 융모 트리를 포함하고 태반의 하나의 기능 단위를 나타내는 여러 자엽,로 구성되어 있습니다.
태반 장벽 기능의 연구는 1960 년대 탈리도마이드 유도 기형의 발견과 강화되었다. 분명한 이유를 들어 임산부 전위 연구는 수행 할 수 없습니다. 따라서, 다양한 대안 모델을 6,7를 개발되었습니다 까지. 가장 유망한 그리고 아마도 대부분의 임상 관련 모델 Panigel 및 동료 2,3에 의해 개발 된 생체 인간의 태반 관류 모델입니다.
많은 여성들은 이러한 자신의 임신 8 중 마약이나 환경 오염과 같은 다른 생체 이물질에 노출되어 있습니다. 이미 임신 중에 정기적으로 투여 된 마약의 경우, 생체 내 연구에서 제대혈의 그것과 산모의 혈중 농도를 비교하여 수행 할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 태아 및 이들 물질의 기형에 약물 동력학 및 역학에 대한 제한된 정보가있다.
헤로인은 쉽게 태반 장벽을 통과하고 자궁 내 성장 제한, 조산이나 자연 유산 9,10으로 이어질 수있는 것처럼 예를 들어 약물. 따라서 임신 중에 실종 금욕의 경우 메타돈과 대체 요법이 권장됩니다. 전생체 인간의 태반 관류 모델은 태아 순환에 메타돈의 전송이 배달 12 후 계산 된 제대혈에 산모의 혈액 농도 비율과 잘 상관 관계를 무시할 11이라고 밝혔다.
나노 기술, 특히 의학의 성장 분야이다. 그래서 자연적으로 잘 발생 (직경 <2.5 μm의)와 산불, 화산 폭발의 연기와 사막의 먼지 미세 입자 (직경 <0.1 μm의), 나노 물질의 노출 (최소 하나의 차원 <0.1 μm의 13 아래 ) 증가하고있다. 이 나노 물질의 독성 가능성에 대한 질문을 제기했다. 어떤 사람의 위험은 아직 입증되지 수 있지만, 설계 나노 입자는 독성 결과 14로 이어지는 부작용 생물학적 반응을 일으킬 수 있음을 나타내는 주요 실험 연구가있다. 최근 일부 연구에 그 태아 노출 표시대기 오염은 신생아 및 어린이 15,16에서 더 높은 호흡 필요와기도 염증에 연결되어 있습니다. 또한, 작은 나노 입자는 특히 태아 나 어머니 중 하나를 치료하는 약물 캐리어로 사용할 수 있습니다. 따라서, 서로 다른 생체 이물질이나 나노 물질과 태반 장벽을 통과 할 수있는 능력의 광범위한 연구가 필요하다는 분명해진다. 나노 물질에 태반 투과성의 현재 연구의 실제 개요 메네 제스 등으로 요약되어 있습니다. 2,011 17 Buerki-Thurnherr 등이. 2,012 7.
인간의 태반 관류 모델을 순환 생체 이중에 대한 책임 메커니즘 등 다양한 내인성 및 외인성 화합물 3,11,12,18,19의 태반 전송 및 태반의 다른 기능의 넓은 범위를 공부 통제하고 안정적인 시스템을 제공 자간전증과 같은 병적 상태의 개발 <> 20-22을 먹다. 축적 효과와 생체 이물질이나 나노 입자의 광범위한 세트의 전위 비율의 연구를 수 있도록이 프로토콜에서 우리는 세트에 주로 최대 초점, 취급 및 방법.
1. 관류 시스템 준비
2. 태반을 Cannulating
3. 관류의 사전 및 실험 단계를 실행
태반 관류 실험의 전체 작업 과정은 그림 3에 묘사되어있다.
4. 샘플 분석
그림 4A는 태아의 구획에 전송되지 않은 큰 폴리스티렌 입자 (500 NM)에 비해 태반을 통해 전송 된 작은 폴리스티렌 입자 (80 nm의)의 재관류 프로파일을 보여줍니다. 각 데이터 포인트는 최소 3 독립적 인 실험의 주어진 시점까지의 평균 입자 농도를 나타냅니다. 폴리스티렌 태반 전송 사이즈에 따라 19입니다 나노 입자. 500 nm의 폴리스티렌 입자도 재관류 6 시간 후 태아의 회로에서 나타나지 않는 동안 태반 관류 3 시간 후에는 이미 처음에 추가 된 80 nm의 폴리스티렌 입자의 20 ~ 30 %는 태아 회로에 모체로부터 전송했습니다. 그럼에도 불구하고, 500 nm의 입자의 어머니의 농도가 감소된다. 재관류 후 조직의 조직 학적 부분에 형광 이미지는이 입자가 태반 (데이터 표시되지 않음)의 융모에 축적 것으로 나타났다. 그림 4b 방사성 동위 원소 14 C-antipyrine의 특성 관류 프로필을 보여줍니다. 작은 친 유성 분자로 Antipyrine는 수동적 인 확산을 통해 태반 장벽을 통해 배포 회로의 무결성에 대한 제어 역할을합니다. 관류 4-6 시간 후 태아와 산모 antipyrine의 농도와 평형 23를 구축해야한다. 태아에 산모 약물 농도 (F / M) 비율은 보통 표시됩니다 (그림 5) 생체 이물의 태반 전송 속도를 평가하고 비교합니다.
젖산 및 태반 호르몬 (인간 choriongonadotropin과 렙틴) 생산뿐만 아니라 포도당 소비의 분석을 통해 관류시 태반 조직의 생존과 기능은 (그림 6) 모니터링 할 수 있습니다. 생체이 물에 perfusions의 값은 항상 제어 관류에서 생체이없이 값과 동일한 범위에 있어야합니다. 또한, histop 관류 태반 조직의 athological 평가를 수행 할 수 있습니다. 비 관류 태반 조직과 비교 한 후 관류 (예 : 세균 오염)에 의한 병리학 적 변화를 공개 할 수 있으므로 다른 품질 관리 매개 변수로 제공 할 수 있습니다.
생체 이중 순환 태반 관류 모델로 얻은 또한 대표적인 결과는 최근 11,19 출판되었다.
그림 1. 생체 인간의 태반 관류 셋업. 1) 물 산모와 태아 저수지 목욕, 2) 재관류 챔버, 3) 버블 트랩, 4) 산소 공급기 열 및 5) 흐름 히터.
load/50401/50401fig2.jpg "/>
그림 2. 생체 인간의 태반 관류 모델의 개략도 FA : 태아 동맥, FV :. 태아 정맥, MA : 모체 동맥, MV : 산모의 정맥, BT : 버블 트랩, PS : 압력 센서
그림 3. 생체 인간의 태반 관류 실험의 절차를 작동합니다. 도착 후 태반이 30 분 내에 유관해야합니다. 재순환 6 시간 실험 단계 전에 오픈 사전 단계 및 폐쇄 전 단계는 적어도 20 분 각각에 대해 수행해야합니다.
그림 4. 폴리스티렌 입자 (14)의 관류 프로필 </> C-antipyrine 19을 먹다. 관류 크기의 폴리스티렌 입자의 프로필 80 나노 (n은 = 4)와 500 nm의 (n = 3). 처음에 25 ㎍ / ㎖ 입자와 4.2 NCI / ML 14 C-antipyrine는 산모의 회로에 추가되었습니다. 입자의 양 (A), 14 C-antipyrine (B)는 지정된 시점 이후 (F, 오픈 기호) 임산부 (M, 고체 기호)와 태아의 회로에서 측정 하였다. 평균 농도가 표시 ± SE. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 5. 인간의 태반 19을 통해 폴리스티렌 입자의 크기에 의존 전송. 14 C-antipyrine 및 폴리스티렌 입자의 태아와 산모의 농도 사이의 비율은 CALC했다태반 관류의 180 분 후 ulated. 데이터는 평균 ± SE 최소 3 독립적 인 실험을 나타냅니다. 제어 열은 입자하지 않고 있지만, 14 C-antipyrine와 perfusions를 보여줍니다. (* P 80 nm의 비율 값과 비교 <0.05).
그림 6. 재관류 19시 태반 조직의 생존. (A) 포도당 소비와 관류 태반에있는 젖산 생산. 표시가 관류 자엽의 무게로 나눈 시간이 지남에 따라 회로의 총 함량의 변화 (태아와 산모)의 합이다. (B) 태반 호르몬의 정규화 된 순 생산 (NP 초기 조직의 컨텐츠 T0로 나눈 값) 인간 choriongonadotropin 및 렙틴. 데이터는 평균 ± SE의 L시를 나타냅니다지점 호텔 3 독립적 인 실험.
이중 순환 살포는 여기에 보여 아래에 대답해야하는 질문에 따라 가능한 여러 가지 다른 실험 구성도이다. 특히 오픈 태반 perfusions는 일반적으로 정상 상태 농도 3시 약물 허가를 평가하는 데 사용됩니다. 순환 관류 셋업은 내인성 또는 외인성 물질의 능동 수송을 확인하기 위해 적용 할 수 있습니다. 이 방법에 대한 생체 이물의 동일한 농도는 산모와 태아 순환에 추가 할 수 있습니다. 농도 구배에 대한 능동 수송이 있다고 가정, 회로 둘 중 하나 하나의 시험 물질의 축적은 24 관찰 할 수 있습니다. 참고로, 오직 태아 회로에 시험 물질의 추가도 가능하고이 특정 물질 (25)의 태반 장벽을 통해 전송 메커니즘을 밝힐 수 있습니다.
프로토콜은 팀을 통해 진화하고있다전자 특히 유량, 관류 매체의 구성, 산소의 형태와 난방 26,27에 관한 다른 연구 그룹에 따라 다를 수 있습니다. 특히 유량은 태반 전송이 발생하는 시간에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 제어하려면 antipyrine 같은 수동적으로 이송 참조 화합물의 첨가가 중요합니다. 생체 이물의 전송 속도는 항상 antipyrine (F / M 비는 0.75 이상이어야합니다) 26의 전송 속도를 비교할 수 있습니다. antipyrine 전송이 주로 흐름과 교환 표면에 의해 제한되어 있기 때문에,이 비교는 흐름의 차이와 실험에 따라 다를 수 있습니다 계정에 관류 자엽의 크기를합니다. 또한, FITC-덱스 트란은 장벽 (26)의 무결성을 제어 역할을 태아 회로에 추가 할 수 있습니다. 태아 볼륨 손실은 장벽 무결성을위한 마커로 사용됩니다. 보통 태아의 유체 ML / HR가 28 허용 최대 4 손실이 있지만,다시는 더 일반적으로 인정 된 제한입니다.
물론, 개인간 변이와 낮은 성공률 (15 % ~ 20 %)과 같은 생체 인간의 태반 관류 방법의 몇 가지 단점이 있습니다. 또한, 6 시간의 재관류 기간은 만성 약물 치료를 시뮬레이션 할 수 있으며 따라서 장기 노출 후 생체 이물의 전송을 제외 할 수 없습니다. 모델의 또 다른 한계는 장벽이 두꺼운 초기 임신 연령의 전송 속도는 여전히 알 수없는 남아있는 동안 장기에서 주로 태반 전송이 평가되는 것입니다. 사실, 첫 번째 임신 태반의 관류가 가능하지만, 이러한 태반의 가용성은 다소 제한됩니다. 그럼에도 불구하고, 지금까지 생체 태반 관류 방법은 조직 인간의 태반 조직에서 다양한 생체 이물질이나 나노 입자의 이동을 연구하는 유일한 모델입니다. 생체 인간의 재관류 모델에서 toxicodynamics은 PL 분석 할 수 있지만,acental 조직, 동물 실험은 참으로 또한 태아에 대한 정보를 제공 할 수 있습니다. 하지만, 때문에 인간과 설치류 사이의 태반 장벽의 해부학 적 차이의 결과는 4,5 인간에게 추정 할 수 없습니다. 태반 전송을 조사하는 또 다른 가능성은 기본 cytotrophoblasts, 융모 상피암 세포주, 고립 된 플라즈마 막 소포 또는 태반 조직 절편 29와 같은 세포 배양 모델이 될 수 있습니다. 이러한 세포는 악성 임신성 융모 상피암에서 파생되어 투과 막에 합류 단층을 형성 할 수 있으므로 전송 연구를 수행 할 수 있으며, 가장 많이 사용되는 모델은 BEWO 세포 라인입니다. BEWO 세포 모델을 사용하여 전송 연구 결과는 생체 인간의 태반 관류 30에서 얻은 결과와 상관 관계가. 그러나 약물 수송 (특정 전송 단백질의 예를 들면 기여) 및 신진 대사의 세부 사항을 연구, BEWO 세포 모델은 M 수 있습니다가능한 광석은 주로 취급하는 쉽고 유전자 조작 운송 또는 효소의 발현과 같은 조작에 취약하지만, 일반적으로 약물 전달 연구에 대한이 모델의 신뢰성이 제한되어 있기 때문에. 그것은 혈액의 흐름이 부족하고 단일 층의 무결성 6,29 인서트 농도, 노출 기간 및 막 뿌리기, 그것은 세포 배양 조건 등 여러 가지 요인에 의존하기 때문에 신중하게 평가해야합니다.
다른 생체이도 크게 태반 전송하기 31에 영향을 미칠 수있는 다양한 혈장 단백질에 바인딩을 나노 입자, 혈장 단백질에 결합을 고려는 것이 중요하다. 관류 매체는 알부민 소 혈청, 가장 자주 혈장 단백질을 포함하고 있습니다. 최근 연구는 생체 인간의 태반 관류 모델로 얻은 다양한 물질의 이동 비율은 임산부에 생체 코드 혈액과 잘 상관 관계를 보여 주었다전송 비율은 혈장 단백 결합 12의 범위에 따라 조정 된 혈중 농도 비율.
전반적으로, 생체 태반 관류 모델은 인간의 태반을 통해 수송을 연구하고 생체 이물질 및 나노 입자의 생체 태반 통로를 예측하는 유효하고 신뢰할 수있는 방법입니다.
저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.
이 작품은 재정적 스위스 국립 재단 (NRP 64 프로그램에는 4064-131232 권한을 부여하지 않음)에 의해 지원됩니다.
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 |
JoVE'article의 텍스트 или 그림을 다시 사용하시려면 허가 살펴보기
허가 살펴보기This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유