Method Article
Экс естественных условиях Двойной рециркуляции плаценты человека модели перфузии может быть использован для исследования передачи ксенобиотиков и наночастиц через плаценты человека. В этом видео мы опишем протокол оборудования и методов, необходимых для успешного выполнения перфузии плаценты.
Несколько десятилетий назад плаценты человека считалось непроницаемый барьер между матерью и еще не родившегося ребенка. Однако открытие талидомида индуцированных врожденных дефектов и многие более поздние исследования впоследствии доказал обратное. На сегодняшний день некоторые вредные ксенобиотиков как никотин, героин, метадон или наркотиков, а также загрязнение окружающей среды были описаны для преодоления этого барьера. С ростом использования нанотехнологий, плацента, вероятно, вступают в контакт с новыми наночастицы либо случайно, в результате воздействия или умышленно в случае потенциального наномедицинские устройства. Данные экспериментов на животных не могут быть экстраполированы на людей, потому что плацента является наиболее видоспецифической органом млекопитающих 1. Таким образом, экс естественных условиях двойной рециркуляции перфузии плаценты человека, разработанная Panigel соавт. 2 в 1967 году и постоянно изменены Schneider и соавт. 3 в 1972 году, может служить отличной моделью TO изучать передачи ксенобиотиков или частиц.
Здесь мы концентрируем внимание на экс естественных условиях двойной рециркуляции плаценты человека протокол перфузии и его дальнейшее развитие приобретать воспроизводимые результаты.
Плаценты, полученной после информированного согласия матерей от несложных срока беременности кесарево доставки. Матери и плода сосуды интактного семядоли вводили канюлю и перфузии по крайней мере в течение пяти часов. В качестве модели частиц флуоресцентно меченых частиц полистирола с размерами 80 и 500 нм были добавлены к материнской цепи. 80 нм частиц смогли проникают через плацентарный барьер и обеспечивают идеальный пример для вещества, которое передается через плаценту к плоду в то время как 500 нм частицы были сохранены в плацентарной ткани или материнской цепи. Экс естественных человеческих плацентарной перфузии модель является одной из немногих моделей, обеспечивающих надежную информацию отранспорта поведения ксенобиотиков на важный барьер ткани, которая обеспечивает интеллектуальный и клинических соответствующих данных.
Плацента представляет собой сложный орган, который отвечает за обмен кислорода, углекислого газа, питательных веществ и отходов и в то же время в состоянии держать две цепи крови матери и растущего плода отделены друг от друга. Кроме того, он предотвращает отказ от ребенка по материнской иммунной системы и вырабатывает гормоны для поддержания беременности. Клеточный барьер образован цитотрофобласта клетки, которые сливаются и образуют истинно синцития без боковых клеточных мембран 4,5. Весь плаценты организована в несколько семядоли, которые содержат один плода ворсинок дерева и представляют собой один функциональный блок плаценты.
Изучение плацентарного барьерной функции усилилась с открытием талидомид индуцированных пороков развития в 1960-х. По понятным причинам транслокации исследований с беременными женщинами не может быть выполнена. Следовательно, различные альтернативные модели были разработаны 6,7 . Наиболее перспективным и, вероятно, наиболее соответствующих клинических модель экс естественных условиях человеческого плацентарного модели перфузии разработанный Panigel и коллег 2,3.
Многие женщины подвергаются воздействию различных ксенобиотиков, таких как наркотики или загрязнителей окружающей среды во время беременности 8. Для некоторых препаратов, которые были уже вводится регулярно во время беременности, в естественных условиях исследования может быть выполнено путем сравнения материнской крови концентрации тем, что в пуповинной крови. Однако, как правило есть только ограниченную информацию о фармакокинетике и динамики у плода и тератогенности этих веществ.
Например опиаты, такие как героин легко проникает через плацентарный барьер и может привести к внутриутробной задержки роста, преждевременных родов или самопроизвольного аборта 9,10. Так, в случае отсутствия воздержание во время беременности заместительная терапия метадоном рекомендуется. Эксестественных условиях человеческого плацентарного модели перфузии показало, что передача метадон в кровообращение плода незначительна 11, что хорошо коррелирует с расчетными пуповинной крови к материнской крови соотношение концентраций после родов 12.
Нанотехнология является развивающейся области, особенно в медицине. Так, под естественным штраф (<2,5 мкм в диаметре) и сверхтонких частиц (<0,1 мкм в диаметре) в дым лесных пожаров, извержений вулканов и в пустыне пыли, воздействия наноматериалов (по крайней мере в одном измерении <0.1 мкм 13 ) возрастает. В этой связи возникает вопрос о токсикологическом потенциале наноматериалов. Хотя никакой опасности человеку не может быть доказано тем не менее, существуют основные экспериментальные исследования, указывающие, что наночастиц может вызвать неблагоприятные биологические реакции, ведущие к результатам токсикологических 14. В последнее время некоторые исследования показали, что внутриутробное воздействиезагрязнение воздуха связано с более высокой необходимости дыхательной и воспаления дыхательных путей у новорожденных и детей 15,16. Кроме того, малые наночастицы могут быть использованы в качестве носителей лекарственных средств для лечения либо специально плода или матери. Таким образом, становится очевидным, что обширные исследования различных ксенобиотиков или наноматериалов и их способности проникать через плацентарный барьер не требуется. Фактический обзор текущих исследований о плацентарной проницаемости для наноматериалов обобщены в Менезес и соавт. 2011 17 и Buerki-Thurnherr соавт. 2012 7.
Экс естественных условиях двойной рециркуляции плаценты человека модели перфузии обеспечивает контролируемый и надежная система для изучения плацентарного транспорта различных эндогенных и экзогенных соединений 3,11,12,18,19 и широкого спектра других функций плаценты, как механизмы, ответственные за развития патологических состояний, как преэклампсия <вир> 20-22. В этом протоколе мы ориентируемся в основном на момент установки, обработки и способа, которые позволяют исследовать накопление, эффектов и транслокации темпы широкий набор ксенобиотиков или наночастиц.
1. Подготовка Система перфузии
2. Cannulating Плацента
3. Выполнение пред-и экспериментальная фаза перфузии
Всего рабочего Процедура эксперимента перфузии плаценты изображен на рисунке 3.
4. Анализ образцов
Фиг.4А показывает перфузии профилей из мелких частиц полистирола (80 нм), которые переносятся через плаценту по сравнению с большими частицы полистирола (500 нм), которые не были переданы в плода отсека. Каждая точка представляет собой среднюю концентрацию частиц в данный момент времени не менее 3 независимых экспериментов. Для наночастиц полистирола плацентарной передачи в зависимости от размера 19. Через 3 часа перфузии плаценты уже 20-30% от первоначально добавлены 80 нм частиц полистирола были переведены из материнского плода к цепи, в то время как 500 нм частиц полистирола, не указанным в схеме плода даже после 6 часов перфузии. Тем не менее, материнской концентрации 500 нм частиц уменьшается. Флуоресцентные изображения на гистологический срез ткани после перфузии показали, что эти частицы накапливаются в ворсинки плаценты (данные не показаны). Фиг.4В изображает характерный профиль перфузии меченного 14 С-антипирин. Antipyrine как небольшой липофильные молекулы распределены по плацентарный барьер с помощью пассивной диффузии и служит для управления целостности цепей. Через 4-6 часа перфузии равновесие между матери и плода антипирином концентрации должно быть построено 23. Чтобы оценить и сравнить скорость плацентарного транспорта ксенобиотиков плода к материнской концентрации препарата (F / M) соотношение обычно отображается (рис. 5).
Через анализ лактата и плацентарных гормонов (человеческий choriongonadotropin и лептин) производства, а также потребления глюкозы жизнеспособность и функциональность ткани плаценты во время перфузии можно контролировать (рис. 6). Значения для перфузии с ксенобиотиков всегда должны находиться в том же диапазоне, что и значения за управление без перфузии ксенобиотиков. Кроме того, histop athological оценки перфузии плацентарной ткани может быть выполнена. Сравнению с не-перфузии плацентарной ткани могли бы выявить патологические изменения, связанные с перфузии (например, бактериального загрязнения) и, следовательно, может служить еще одним параметром качества управления.
Дальнейшие результаты, полученные с представителем экс естественных условиях двойной рециркуляции плаценты человека модели перфузии Недавно были опубликованы 11,19.
Рисунок 1. Экс естественных плаценты человека перфузии настройки. 1) Водяная баня с матери и плода водоемов, 2) перфузии камеры, 3) пузырь ловушку, 4) оксигенатором колонны, и 5) проточный нагреватель.
load/50401/50401fig2.jpg "/>
Рисунок 2. Схематическое изображение экс естественных человеческих плацентарной перфузии модели FA: артерии плода; FV:. Вене плода; MA: материнской артерии, MV: материнские вены; BT: пузырь ловушку; PS: датчик давления
Рисунок 3. Порядок работы бывших естественных человеческих плацентарной перфузии эксперимента. После родов плацента должна быть канюли в течение 30 мин. До 6 часов экспериментальной фазе с рециркуляцией открытой предварительно фазы и закрытым предварительно фаза должна быть выполнена по крайней мере 20 минут каждый.
Рисунок 4. Перфузии профилей частицы полистирола и 14 </ Вир> C-антипирин 19. Перфузии профиль полистирола частиц по размерам 80 нм (п = 4) и 500 нм (п = 3). Первоначально 25 мкг / мл частиц и 4,2 нКи / мл 14 С-антипирин были добавлены к материнской цепи. Количество частиц (А) и 14 C-антипирин (B) были измерены в материнской (М, твердый символов) и плода (F, открытые символов) цепи после того, как указанные моменты времени. Отображаемые средняя концентрация ± SE. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .
Рисунок 5. Размер-зависимой передачи частицы полистирола через плаценты человека 19. Соотношения между плода и матери концентрации 14 C-антипирин и полистирольные частицы известковоulated после 180 мин перфузии плаценты. Данные представляют собой среднее ± SE, по меньшей мере три независимых экспериментов. Колонка управления изображает перфузии без частиц, но с 14 C-антипирина. (* Р <0,05 по сравнению с 80 значение соотношения нм).
Рисунок 6. Жизнеспособность плацентарной перфузии тканей при 19. (A) Потребление глюкозы и лактата в перфузии плаценты. Отображается представляет собой сумму изменений в общем содержании в схемах (матери и плода) с течением времени, деленный на вес перфузии семядоли. (B) Нормализованный чистых производственных (NP деленное на начальное содержание ткани Т0) из плацентарных гормонов человека и choriongonadotropin лептин. Данные представляют собой среднее ± SE, по крайней Lвосток 3 независимых экспериментов.
Под двойной рециркуляции перфузии показали здесь, есть несколько других экспериментальных конфигурациях возможны в зависимости от вопроса, который должен быть дан ответ. Особенно плацентарной перфузии открытым обычно используются для оценки клиренс лекарственного средства в стационарном состоянии концентрации 3. Рециркуляции перфузии настройки может также применяться для подтверждения активного транспорта эндогенных или экзогенных веществ. При таком подходе той же концентрации ксенобиотиков должен быть добавлен к материнской и фетальной циркуляции. Предполагается, что существует активный транспорт против градиента концентрации, накопление исследуемого вещества в любом из обоих контурах может наблюдаться 24. Следует отметить, что добавление испытуемого вещества только фетальный схема также возможна и может раскрыть механизм транспорта через плаценту этого вещества 25.
Протокол развивалась на протяжении Тиме и может варьироваться между различными исследовательскими группами особенно в отношении расхода, состав перфузии среды формы кислорода и нагрева 26,27. Особенно скорости потока может влиять на время, в которое трансплацентарно передача происходит. Чтобы управлять этим, добавление пассивно транспортируется эталонное соединение как антипирин имеет важное значение. Скорость передачи ксенобиотиков всегда может быть по сравнению с скоростью передачи антипирин (F / M соотношение должно быть выше 0,75) 26. Поскольку передача антипирин в основном ограничивается потоком и поверхностью теплообмена, это сравнение имеет различия в потоке и размер перфузии семядоли учетом которого может изменяться между экспериментами. Кроме того, FITC-декстрана, могут быть включены в цепь фетального служить в качестве контроля для целостности барьера 26. Плод потери объема также используется в качестве маркера для целостности барьера. Обычно потеря плода жидкость до 4 мл / ч допускается 28, ноRe не существует общепринятого предела.
Очевидно, есть некоторые недостатки бывших естественных условиях плаценты человека методом перфузии, как между индивидуальными вариациями и низкий уровень успеха (15-20%). Кроме того, перфузии течение 6 часов не может моделировать хронического медикаментозного лечения и, следовательно, не может полностью исключить передачу ксенобиотиков после длительного воздействия. Другим ограничением модели является то, что главным образом трансплацентарным передачи в срок оценивается в то время как скорость транспорта на ранних сроках беременности, когда барьер толще, остается до сих пор неизвестным. В самом деле, первая перфузии плаценты триместре возможно, но наличие этих плаценты весьма ограничен. Тем не менее, до сих пор бывших естественных условиях плацентарной перфузии методом является единственной моделью для изучения транспорта различных ксенобиотиков или наночастиц в организованной ткани плаценты человека. Хотя токсикодинамики в бывших естественных условиях модель человеческого перфузии может быть проанализирована только в PLacental ткани, эксперименты на животных действительно может обеспечить также информация о эмбриотоксичности. Хотя, из-за анатомических различий через плацентарный барьер между людьми и грызунов эти результаты не могут быть экстраполированы на людей 4,5. Другая возможность исследовать трансплацентарно передача может быть культура клеток первичной модели, как цитотропобластов, линии хориокарциномой клетки, изолированные мембранных везикул плазмы или плацентарной ткани эксплантов 29. Наиболее часто используемые модели линии BeWo клетки, эти клетки получают из злокачественной гестационный хориокарциномой и могут образовывать монослой на мембрану, так что транспортное исследования может быть выполнена. Результаты исследований транспорта с использованием модели BeWo клетки хорошо коррелируют с результатами, полученными в исключая виво плаценты человека перфузии 30. Однако, чтобы изучать детали транспорта лекарства (например, вклад конкретного транспортного белка) и обмен веществ, модель BeWo клетка может быть мруды возможным в первую очередь потому, что это проще в обращении и возможности для манипуляций, как выражение генетически измененных транспортеры или ферментов, но в отношении общих исследований передаче наркотиков надежность этой модели ограничена. Это испытывает недостаток в кровоток и целостность монослоя должен быть оценен тщательно, поскольку она зависит от нескольких факторов, таких как условия культуры клеток, посев плотность, продолжительность воздействия и мембрана вставки 6,29.
Различные ксенобиотиков, а также наночастицы связываются с различными белками плазмы, которые могут существенно влиять на трансплацентарным передачи 31; рассмотрении связывание с белками плазмы является важным. Перфузии среда содержит бычий сывороточный альбумин, наиболее часто белками плазмы. В последнее время исследования показали, что коэффициент передачи различных веществ, полученных с экс естественных человеческих плацентарной перфузии модель хорошо коррелируют с пуповинной крови в естественных условиях материнскойсоотношения концентраций кровь, когда коэффициент передачи были скорректированы в зависимости от степени связывания с белками плазмы 12.
В целом, экс естественных условиях плацентарной перфузии модели является действительным и надежным способом для изучения транспорта через плаценты человека и прогнозировать в естественных условиях плаценту ксенобиотиков и наночастиц.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Эта работа осуществляется при финансовой поддержке Швейцарского национального фонда (NRP 64 программы, грант № 4064-131232).
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены