Определение транспортных Оценить ксенобиотиков и наноматериалы через плаценту помощью<em> Экс естественных условиях</em> Плацентарной перфузии модели
Summary
<em> Экс естественных условиях</em> 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.
Abstract
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.
Introduction
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 </sвверх>. 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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 стаци?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа осуществляется при финансовой поддержке Швейцарского национального фонда (NRP 64 программы, грант № 4064-131232).
Materials
| Name of the Reagent | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
| 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 (Ø 0.8 mm) | Polymed Medical Center | 03.592.81 | |
| Blunt cannulae (Ø 1.2 mm) | Polymed Medical Center | 03.592.90 | |
| Blunt cannulae (Ø 1.5 mm) | Polymed Medical Center | 03.592.94 | |
| Blunt cannulae (Ø 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 |
References
- Ala-Kokko, T. I., Myllynen, P., Vahakangas, K. Ex vivo perfusion of the human placental cotyledon: implications for anesthetic pharmacology. Int. J. Obstet. Anesth. 9, 26-38 (2000).
- Panigel, M., Pascaud, M., Brun, J. L. Radioangiographic study of circulation in the villi and intervillous space of isolated human placental cotyledon kept viable by perfusion. J. Physiol. (Paris). 59, 277 (1967).
- Schneider, H., Panigel, M., Dancis, J. Transfer across the perfused human placenta of antipyrine, sodium and leucine. Am. J. Obstet. Gynecol. 114, 822-828 (1972).
- Enders, A. C., Blankenship, T. N. Comparative placental structure. Adv. Drug Deliv. Rev. 38, 3-15 (1999).
- Takata, K., Hirano, H. Mechanism of glucose transport across the human and rat placental barrier: a review. Microsc. Res. Tech. 38, 145-152 (1997).
- Saunders, M. Transplacental transport of nanomaterials. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 1, 671-684 (2009).
- Buerki-Thurnherr, T., von Mandach, U., Wick, P. Knocking at the door of the unborn child: engineered nanoparticles at the human placental barrier. Swiss Med. Wkly. 142, w13559 (2012).
- Gendron, M. P., Martin, B., Oraichi, D., Berard, A. Health care providers’ requests to Teratogen Information Services on medication use during pregnancy and lactation. Eur. J. Clin. Pharmacol. 65, 523-531 (2009).
- Burns, L., Mattick, R. P., Lim, K., Wallace, C. Methadone in pregnancy: treatment retention and neonatal outcomes. Addiction. 102, 264-270 (2007).
- von Mandach, U. Drug use in pregnancy. Ther. Umsch. 62, 29-35 (2005).
- Malek, A., Obrist, C., Wenzinger, S., von Mandach, U. The impact of cocaine and heroin on the placental transfer of methadone. Reprod. Biol. Endocrinol. 7, 61 (2009).
- Hutson, J. R., Garcia-Bournissen, F., Davis, A., Koren, G. The human placental perfusion model: a systematic review and development of a model to predict in vivo transfer of therapeutic drugs. Clin. Pharmacol. Ther. 90, 67-76 (2011).
- International Organization for Standardization (ISO). Technical Specification (ISO/TS) 27687. Nanotechnologies – Terminology and definitions for nano-objects – Nanoparticles, nanofibre and nanoplate. , (2008).
- Pietroiusti, A. Health implications of engineered nanomaterials. Nanoscale. 4, 1231-1247 (2012).
- Latzin, P., Roosli, M., Huss, A., Kuehni, C. E., Frey, U. Air pollution during pregnancy and lung function in newborns: a birth cohort study. Eur. Respir. J. 33, 594-603 (2009).
- Lacasana, M., Esplugues, A., Ballester, F. Exposure to ambient air pollution and prenatal and early childhood health effects. Eur. J. Epidemiol. 20, 183-199 (2005).
- Menezes, V., Malek, A., Keelan, J. A. Nanoparticulate drug delivery in pregnancy: placental passage and fetal exposure. Curr. Pharm. Biotechnol. 12, 731-742 (2011).
- Muhlemann, K., Menegus, M. A., Miller, R. K. Cytomegalovirus in the perfused human term placenta in vitro. Placenta. 16, 367-373 (1995).
- Wick, P., et al. Barrier capacity of human placenta for nanosized materials. Environ. Health Perspect. 118, 432-436 (2010).
- Dancis, J. Why perfuse the human placenta. Contrib Gynecol. Obstet. 13, 1-4 (1985).
- May, K., et al. Perfusion of human placenta with hemoglobin introduces preeclampsia-like injuries that are prevented by alpha1-microglobulin. Placenta. 32, 323-332 (2011).
- Guller, S., et al. Protein composition of microparticles shed from human placenta during placental perfusion: Potential role in angiogenesis and fibrinolysis in preeclampsia. Placenta. 32, 63-69 (2011).
- Challier, J. C. Criteria for evaluating perfusion experiments and presentation of results. Contrib. Gynecol. Obstet. 13, 32-39 (1985).
- Kraemer, J., Klein, J., Lubetsky, A., Koren, G. Perfusion studies of glyburide transfer across the human placenta: implications for fetal safety. Am. J. Obstet. Gynecol. 195, 270-274 (2006).
- leal, J. K., et al. Modification of fetal plasma amino acid composition by placental amino acid exchangers in vitro. J. Physiol. 582, 871-882 (2007).
- athiesen, L., et al. Quality assessment of a placental perfusion protocol. Reprod. Toxicol. 30, 138-146 (2010).
- Myllynen, P., et al. Preliminary interlaboratory comparison of the ex vivo dual human placental perfusion system. Reprod Toxicol. 30, 94-102 (2010).
- Malek, A., Sager, R., Schneider, H. Maternal-fetal transport of immunoglobulin G and its subclasses during the third trimester of human pregnancy. Am. J. Reprod. Immunol. 32, 8-14 (1994).
- Prouillac, C., Lecoeur, S. The role of the placenta in fetal exposure to xenobiotics: importance of membrane transporters and human models for transfer studies. Drug Metab. Dispos. 38, 1623-1635 (2010).
- Poulsen, M. S., Rytting, E., Mose, T., Knudsen, L. E. Modeling placental transport: correlation of in vitro BeWo cell permeability and ex vivo human placental perfusion. Toxicol. In Vitro. 23, 1380-1386 (2009).
- Mathiesen, L., Rytting, E., Mose, T., Knudsen, L. E. Transport of benzo[alpha]pyrene in the dually perfused human placenta perfusion model: effect of albumin in the perfusion medium. Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 105, 181-187 (2009).
