De 4-vaartuig Steekproef Aanpak bij Integratieve Studies van Menselijke Placentale Fysiologie<em> In Vivo</em
Summary
Wij presenteren een gedetailleerde methode om de menselijke placenta fysiologie in vivo op termijn te bestuderen. De methode combineert bloedmonsterneming van de inkomende en uitgaande vaten op de moeder- en foetale zijkanten van de placenta met ultrasone metingen van volume bloedstroom en placenta weefselmonstering.
Abstract
De menselijke placenta is zeer ontoegankelijk voor onderzoek, terwijl het nog steeds in de utero staat . Het huidige begrip van de humane placenta fysiologie in vivo is derhalve grotendeels gebaseerd op dierstudies, ondanks de grote diversiteit tussen de soorten in de anatomie van de placenta, de hemodynamica en de duur van de zwangerschap. De overgrote meerderheid van menselijke placenta studies zijn ex vivo perfusie studies of in vitro trofoblast studies. Hoewel in vitro studies en diermodellen essentieel zijn, is extrapolatie van de resultaten van dergelijke studies naar de menselijke placenta in vivo onzeker. We streven ernaar om menselijke placenta fysiologie in vivo op termijn te bestuderen en een gedetailleerd protocol van de methode te presenteren. Het gebruik van de intraabdominale toegang tot de baarmoeder ader net voor de baarmoeder incisie tijdens de geplande keizersnede verzamelen we bloedmonsters van de inkomende en uitgaande vaten op de moeder- en foetale zijkanten van de placenta. Bij het combineren van conCentratiemetingen uit bloedmonsters met volumeblodstroommetingen, kunnen we de plaatselijke en foetale opname kwantificeren en vrijkomen van een verbinding. Bovendien kunnen plasentale weefselmonsters uit dezelfde moeder-fetusparen metingen inleveren van transportdichtheid en -activiteit en andere aspecten van placentale functies in vivo . Door dit integratieve gebruik van de 4-vaten bemonsteringsmethode kunnen we in vivo een aantal van de huidige concepten van overdracht en metabolisme van de placenta-nutriënten testen, zowel bij normale als pathologische zwangerschappen. Bovendien maakt deze methode de identificatie van door de placenta uitgescheiden stoffen aan de moedercirculatie mogelijk, wat een belangrijke bijdrage kan leveren aan het zoeken naar biomarkers van placenta dysfunctie.
Introduction
Volgens de National Institutes of Health, USA, is de placenta het minst begrepen orgaan in het menselijk lichaam 1 , 2 , 3 . Het is moeilijk om de menselijke placenta in vivo te openen en te bestuderen zonder onethische risico's op de lopende zwangerschap op te leggen. Studies van placenta functie in de mens zijn daarom grotendeels gebaseerd op in vitro en ex vivo modellen. De meeste van de vorige in vivo studies van placenta transport en metabolisme zijn uitgevoerd in dieren 4 , 5 , 6 . Aangezien de structuur en de functies van de placenta echter sterk verschillen tussen soorten, moet extrapolatie van de resultaten van dieren naar mensen met voorzichtigheid worden gedaan. Slechts een paar kleinere menselijke in vivo onderzoeken hebben de placentale en foetale opname onderzocht en vervoerd onder normale fysiologischeAlle omstandigheden, en niemand heeft de geïntegreerde overdracht van verscheidene verbindingen 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 onderzocht. Deze fundamentele studies illustreren dat in vivo studies van de menselijke placenta haalbaar zijn en dat ze verschillende doeleinden kunnen dienen. In de eerste plaats kunnen huidige concepten van placenta-functies die hoofdzakelijk afkomstig zijn van in vitro , ex vivo en dierstudies in een menselijke omgeving worden getest en aldus nieuw en meer specifiek inzicht verschaffen aan de menselijke placenta. Ten tweede kunnen eigenschappen van de dysfunctionele placenta geassocieerd met afwijkende foetale groei, preeclampsie, moederdiabetes, metabolisch syndroom en andere materiële metabolische stoornissen beter worden gekenmerkt. Ten derde bieden menselijke in vivo studies de mogelijkheid om diagnoses te ontwikkelenTic en predictieve instrumenten van de placenta functie.
Op deze achtergrond streven we naar een uitgebreide verzameling fysiologische gegevens om de menselijke placenta functie in vivo te onderzoeken . Tijdens een geplande keizersnede exploiteren we de intraabdominale toegang tot de baarmoedervlies om bloedmonsters van de inkomende en uitgaande vaten op de moeder- en foetale zijkanten van de placenta te verzamelen (de bemonsteringsmethode met 4 vaten). Deze monsters worden gebruikt om de gepaarde arteriovenous concentratieverschillen van voedingsstoffen en andere stoffen 14 te berekenen. Daarnaast meten we de volumeblodstroom aan beide zijden van de placenta door middel van echografie. Bijgevolg kan placentale en foetale opname van elke verbinding worden gekwantificeerd. Verder is het mogelijk om stoffen die vrijkomen van de placenta aan de materiële en foetale circulaties 15 , 16 , 17 te bepalen . Wanneer combinerenD met klinische parameters van moeder en kind, en analyses van placenta en andere relevante weefsels, heeft deze methode het spannende potentieel om veel aspecten van placenta functies in vivo in dezelfde moederfostusparen te integreren.
Protocol
Representative Results
Discussion
De bemonstering methode van placenta 4-vaten is relevant voor drie hoofddoeleinden. Ten eerste kan het worden gebruikt om te bestuderen hoe specifieke stoffen door de placenta aan de moederzijde worden opgevangen en eventueel overgebracht worden naar de navelstroming en de foetus, zoals aangetoond door onze glucose- en aminozuurstudies. Ten tweede is de methode zeer relevant voor het bestuderen van stoffen die door de placenta zijn geproduceerd en worden vrijgegeven aan de moeder- of foetale circulaties, zoals bli…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Eerst en vooral bedanken we de moeders die deelnamen aan dit project. Vervolgens erkennen we al het personeel dat de bemonsteringsprocedure, de anesthesioloog, de verpleegkundige anesthesioloog en de chirurgische verpleegkundigen heeft geholpen en vergemakkelijkt. Het project zou niet mogelijk zijn geweest zonder financiering van de Regionale Gezondheidsinstantie Zuidoost-Noorwegen en de Noorse Adviesgroep Vrouwengezondheid, Universiteit van Oslo en lokale financiering van het Universitair Ziekenhuis van Oslo.
Materials
| Maternal body composition | |||
| Impedance scale | Tanita | or similar | |
| Ultrasound measurements | |||
| Sequoia 512 ultrasound machine | Acuson | equipped with a curved transducer with colour and pulsewave Doppler (frequency bandwidth 2-6 MHz) | |
| Blood samples | |||
| Arerial cannula | BD Medical | 682245 | or similar |
| 20cc Eccentric Luer Tip Syringe without Needle | Termo | SS-20ES | or similar. 3 needed. |
| 10cc Eccentric Luer Tip Syringe without Needle | Termo | SS-10ES | or similar. 9 needed. |
| 5cc 6% Luer Syringe without Needle | Termo | SS-05S1 | or similar. 2 needed. |
| Arterial blood gas syringe | Radiometer Medical | or similar. 4 needed. | |
| Sterile winged needle connected to flexible tubing, 21 gauge | Greiner Bio-One | 450081 | (intended for single use).3 needed. |
| Vacutainer tube 6 mL EDTA | Greiner Bio-One | 456043 | or similar. Label with sample site. 10 needed. |
| Vacutainer tube 5 ml LH Lithium Heparin Separator | Greiner Bio-One | 456305 | or similar. Label with sample site. 5 needed. |
| Vacutainer tube 6 mL Serum Clot Activator | Greiner Bio-One | 456089 | or similar. Label with sample site. 5 needed. |
| Vacutainer tube 3 ml 9NC Coagulation sodium citrate 3,2% | Greiner Bio-One | 454334 | or similar. Label with sample site. 5 needed. |
| Cryogenic vials, 2.0 mL | Corning | 430488 | or similar. Label with sample site, serum/type of plasma and ID. 90 needed. |
| Marked trays to transport the syringes | to transport the blood samples in the operation theatre | ||
| Rocker | for gentle mixing of the samples | ||
| Ice | in styrofoam box | ||
| Liquid nitrogen | in appropriate container | ||
| Placenta samples | |||
| Metal tray | |||
| Ice | in styrofoam box | ||
| Calibrated scale | |||
| Metal ruler | |||
| 1 M Phosphate buffered saline | Sigma | D1408 | or similar. Dilute 10 M to 1M before use |
| RNA stabilization solution | Sigma | R0901-500ML | or similar |
| Optimal Cutting Temperature (O.C.T.) compound | vwr | 361603E | or similar |
| Cryogenic vials, 2.0 mL | Corning | 430488 | or similar. Label with sample site. content and ID. 10 needed. |
| Centrifuge tubes, conical bottom 50 mL | Greiner Bio-One | 227,285 | or similar. Label with "RNA later", sample site and ID. 2 needed. |
| Liquid nitrogen | in appropriate container | ||
| Fetal body composition | |||
| Calibrated scale | |||
| Measuring tape |
References
- Jansson, T., Powell, T. L. Role of the placenta in fetal programming: underlying mechanisms and potential interventional approaches. Clin Sci (Lond). 113 (1), 1-13 (2007).
- Hanson, M. A., Gluckman, P. D. Early developmental conditioning of later health and disease: physiology or pathophysiology. Physiol Rev. 94 (4), 1027-1076 (2014).
- Guttmacher, A. E., Spong, C. Y. The human placenta project: it’s time for real time. Am J Obstet Gynecol. 213, 3-5 (2015).
- Battaglia, F. C., Regnault, T. R. Placental transport and metabolism of amino acids. Placenta. 22 (2-3), 145-161 (2001).
- Hay, W. W. Placental-fetal glucose exchange and fetal glucose metabolism. Trans Am Clin Climatol Assoc. 117, 321-339 (2006).
- Woollett, L. A. Review: Transport of maternal cholesterol to the fetal circulation. Placenta. 32, 218-221 (2011).
- Prenton, M. A., Young, M. Umbilical vein-artery and uterine arterio-venous plasma amino acid differences (in the human subject). J Obstet Gynaecol Br Commonw. 76 (5), 404-411 (1969).
- Cetin, I., et al. Plasma and erythrocyte amino acids in mother and fetus. Biol Neonate. 60 (2), 83-91 (1991).
- Filshie, G. M., Anstey, M. D. The distribution of arachidonic acid in plasma and tissues of patients near term undergoing elective or emergency Caesarean section. Br J Obstet Gynaecol. 85 (2), 119-123 (1978).
- Haberey, P. P., Schaefer, A., Nisand, I., Dellenbach, P. The fate and importance of fetal lactate in the human placenta -a new hypothesis. J Perinat Med. 10 (2), 127-129 (1982).
- Prendergast, C. H., et al. Glucose production by the human placenta in vivo. Placenta. 20 (7), 591-598 (1999).
- Metzger, B. E., Rodeck, C., Freinkel, N., Price, J., Young, M. Transplacental arteriovenous gradients for glucose, insulin, glucagon and placental lactogen during normoglycaemia in human pregnancy at term. Placenta. 6 (4), 347-354 (1985).
- Zamudio, S., et al. Hypoglycemia and the origin of hypoxia-induced reduction in human fetal growth. PLoS One. 5 (1), 8551 (2010).
- Holme, A. M., Roland, M. C., Lorentzen, B., Michelsen, T. M., Henriksen, T. Placental glucose transfer: a human in vivo study. PLoS One. 10 (2), 0117084 (2015).
- Holme, A. M., Roland, M. C., Henriksen, T., Michelsen, T. M. In vivo uteroplacental release of placental growth factor and soluble Fms-like tyrosine kinase-1 in normal and preeclamptic pregnancies. Am J Obstet Gynecol. 215 (6), 781-782 (2016).
- Paasche Roland, M. C., Lorentzen, B., Godang, K., Henriksen, T. Uteroplacental arterio-venous difference in soluble VEGFR-1 (sFlt-1), but not in soluble endoglin concentrations in preeclampsia. Placenta. 33 (3), 224-226 (2012).
- Brar, H. S., et al. Uteroplacental unit as a source of elevated circulating prorenin levels in normal pregnancy. Am J Obstet Gynecol. 155 (6), 1223-1226 (1986).
- Myatt, L., et al. Strategy for standardization of preeclampsia research study design. Hypertension. 63 (6), 1293-1301 (2014).
- Kiserud, T., Rasmussen, S. How repeat measurements affect the mean diameter of the umbilical vein and the ductus venosus. Ultrasound Obstet Gynecol. 11 (6), 419-425 (1998).
- Burton, G. J., et al. Optimising sample collection for placental research. Placenta. 35 (1), 9-22 (2014).
- Illsley, N. P., Wang, Z. Q., Gray, A., Sellers, M. C., Jacobs, M. M. Simultaneous preparation of paired, syncytial, microvillous and basal membranes from human placenta. Biochim Biophys Acta. 1029 (2), 218-226 (1990).
- Staff, A. C., Ranheim, T., Khoury, J., Henriksen, T. Increased contents of phospholipids, cholesterol, and lipid peroxides in decidua basalis in women with preeclampsia. Am J Obstet Gynecol. 180 (3), 587-592 (1999).
- Catalano, P. M., Thomas, A. J., Avallone, D. A., Amini, S. B. Anthropometric estimation of neonatal body composition. Am J Obstet Gynecol. 173 (4), 1176-1181 (1995).
- Ellis, K. J., et al. Body-composition assessment in infancy: air-displacement plethysmography compared with a reference 4-compartment model. Am J Clin Nutr. 85 (1), 90-95 (2007).
- Haugen, G., Kiserud, T., Godfrey, K., Crozier, S., Hanson, M. Portal and umbilical venous blood supply to the liver in the human fetus near term. Ultrasound Obstet Gynecol. 24 (6), 599-605 (2004).
- Acharya, G., et al. Experimental validation of uterine artery volume blood flow measurement by Doppler ultrasonography in pregnant sheep. Ultrasound Obstet Gynecol. 29 (4), 401-406 (2007).
- Wu, X., et al. Glutamate-glutamine cycle and exchange in the placenta-fetus unit during late pregnancy. Amino Acids. 47 (1), 45-53 (2015).
- Tuckey, R. C. Progesterone synthesis by the human placenta. Placenta. 26 (4), 273-281 (2005).
- Simmons, M. A., Meschia, G., Makowski, E. L., Battaglia, F. C. Fetal metabolic response to maternal starvation. Pediatr Res. 8 (10), 830-836 (1974).
- Simmons, M. A., Jones, M. D., Battaglia, F. C., Meschia, G. Insulin effect on fetal glucose utilization. Pediatr Res. 12 (2), 90-92 (1978).
- Bujold, E., et al. Evidence supporting that the excess of the sVEGFR-1 concentration in maternal plasma in preeclampsia has a uterine origin. J Matern Fetal Neonatal Med. 18 (1), 9-16 (2005).
- Jansson, T., Aye, I. L., Goberdhan, D. C. The emerging role of mTORC1 signaling in placental nutrient-sensing. Placenta. 33, 23-29 (2012).
- Cetin, I. Placental transport of amino acids in normal and growth-restricted pregnancies. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 110, 50-54 (2003).
