تحديد معدل النقل من الاكسيوبيوتك والمواد النانوية عبر المشيمة باستخدام<em> خارج الحي</em> الإنسان المشيمة الإرواء الموديل
Summary
ال<em> خارج الحي</em> إعادة تدوير مزدوج الإنسان نموذج نضح المشيمة يمكن استخدامها لتحقيق نقل الاكسيوبيوتك والجسيمات النانوية عبر المشيمة البشرية. في هذا البروتوكول الفيديو وصفنا المعدات والتقنيات اللازمة لتنفيذ الناجح لنضح المشيمة.
Abstract
منذ عقود المشيمة البشرية كان يعتقد أن يكون حاجزا لا يمكن اختراقه بين الأم والطفل الذي لم يولد بعد. ومع ذلك، فإن اكتشاف العيوب الخلقية الثاليدومايد التي يسببها والعديد من الدراسات في وقت لاحق بعد ذلك أثبتت عكس ذلك. اليوم العديد من الاكسيوبيوتك الضارة مثل النيكوتين، وصفت الهيروين والميثادون أو المخدرات، وكذلك الملوثات البيئية للتغلب على هذا الحاجز. مع تزايد استخدام تكنولوجيا النانو، والمشيمة من المرجح أن تتلامس مع جزيئات رواية سواء عن قصد أو عن غير قصد من خلال التعرض في حالة التطبيقات الطبية فائقة الصغر المحتملة. لا يمكن استقراء البيانات من التجارب على الحيوانات إلى البشر لأن المشيمة هو الأكثر الجهاز الثدييات أنواع محددة 1. ولذلك، فإن فيفو السابقين المزدوجة إعادة تدوير نضح المشيمة البشرية، التي وضعتها Panigel وآخرون. في عام 1967 2 وتعديلها بشكل مستمر من قبل شنايدر وآخرون. في عام 1972 3، يمكن أن يكون بمثابة نموذج ممتاز رس دراسة نقل الاكسيوبيوتك أو جزيئات.
هنا، ونحن نركز على المزدوج فيفو السابقين إعادة تدوير الإنسان بروتوكول نضح المشيمة وزيادة تطويره للحصول على نتائج يمكن استنساخه.
تم الحصول على المشيمة بعد الموافقة المسبقة من الأمهات من حالات الحمل غير معقدة على المدى تمر الولادة القيصرية. تم مقنى الأوعية الجنين والأم من فلقة سليمة وperfused على الأقل لمدة خمس ساعات. كما جسيم نموذج تم إضافة جزيئات البوليستيرين fluorescently المسمى مع أحجام 80 و 500 نانومتر في القطر إلى الدائرة الأمهات. كانت قادرة على عبور حاجز المشيمة وتقديم نموذجا مثاليا للمادة التي يتم نقلها عبر المشيمة إلى الجنين في حين تم الإبقاء على الجسيمات نانومتر 500 في أنسجة المشيمة أو الدائرة الأمهات الجسيمات 80 نانومتر. الإنسان نموذج نضح المشيمة فيفو السابقين هي واحدة من عدد قليل من النماذج توفير معلومات موثوق بها حولسلوك نقل الاكسيوبيوتك في حاجز الأنسجة الهامة التي توفر البيانات التنبؤية والسريرية ذات الصلة.
Introduction
المشيمة هي جهاز معقد وهو المسؤول عن تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون، والمواد المغذية والنفايات والمنتجات، وفي الوقت نفسه قادرة على الحفاظ على اثنين من الدوائر دم الأم والجنين المتنامي فصلها عن بعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يمنع رفض الطفل من قبل النظام المناعي للأم وتفرز الهرمونات للحفاظ على الحمل. يتم تشكيل حاجز الخلوية من قبل خلايا الأرومة الغاذية الخلوية التي تلتحم وتشكيل مخلى صحيح من دون أغشية الخلايا الجانبي 4،5. ويتم تنظيم المشيمة كله في العديد من النبتات، والتي تحتوي على واحد شجرة الزغابي الجنين وتمثل وحدة وظيفية واحدة من المشيمة.
تم تكثيف دراسة وظيفة حاجز المشيمة مع اكتشاف التشوهات التي يسببها الثاليدومايد في عام 1960. لأسباب واضحة الدراسات إزفاء مع النساء الحوامل لا يمكن أن يؤديها. ونتيجة لذلك، تم تطوير نماذج بديلة مختلف 6،7 </sتصل>. النموذج الأكثر واعدة وربما الأكثر السريرية ذات الصلة هو نموذج الإنسان نضح المشيمة فيفو السابقين التي وضعتها Panigel وزملاء العمل 2،3.
تتعرض العديد من النساء إلى الاكسيوبيوتك المختلفة مثل الأدوية أو ملوثات البيئة أثناء الحمل 8. بالنسبة لبعض الأدوية التي كانت تدار بالفعل بانتظام أثناء الحمل، في الدراسات المجراة يمكن أن يقوم بها مقارنة بين تركيز دم الأم مع أن في دم الحبل السري. ومع ذلك، وعموما ليس هناك سوى معلومات محدودة عن الدوائية والديناميكية في الجنين والتشوهات الخلقية من هذه المواد.
على سبيل المثال المواد الأفيونية مثل الهيروين عبور بسهولة حاجز المشيمة ويمكن أن يؤدي إلى تقييد النمو داخل الرحم، الولادة المبكرة أو الإجهاض العفوي 9،10. لذا، في حالة من الامتناع عن ممارسة الجنس في عداد المفقودين أثناء الحمل ينصح استبدال العلاج مع الميثادون. السابقينكشفت فيفو الإنسان نموذج نضح المشيمة أن نقل الميثادون في الدورة الدموية للجنين لا يكاد يذكر 11، الذي يرتبط بشكل جيد مع دم الحبل السري إلى الأمهات نسبة تركيز الدم تحسب بعد الولادة 12.
تكنولوجيا النانو هو حقل المتنامية خصوصا في مجال الطب. لذلك، تحت طبيعيا غرامة (<2.5 ميكرون في القطر) وجزيئات متناهية الصغر (<0.1 ميكرون في القطر) في أبخرة من حرائق الغابات، الانفجارات البركانية والغبار في الصحراء، والتعرض للمواد متناهية الصغر هندسيا (بعد واحد على الأقل <0.1 ميكرون 13 ) آخذ في الازدياد. هذا أثار تساؤلات حول إمكانية السمية للمواد متناهية الصغر هندسيا. على الرغم من أن ليس هناك خطر من الإنسان يمكن أن ثبت حتى الآن، وهناك دراسات تجريبية الرئيسية تشير إلى أن الجسيمات النانوية المهندسة يمكن أن يسبب الاستجابات البيولوجية الضارة مما يؤدي إلى نتائج السمية 14. في الآونة الأخيرة، أشارت بعض الدراسات إلى أن التعرض قبل الولادة لويرتبط تلوث الهواء لحاجة الجهاز التنفسي العالي والتهاب الشعب الهوائية في الأطفال حديثي الولادة والأطفال 15،16. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام جزيئات صغيرة مثل ناقلات المخدرات لعلاج على وجه التحديد إما الجنين أو الأم. وبالتالي، يصبح من الواضح أن هناك حاجة لدراسات واسعة من الاكسيوبيوتك أو المواد النانوية متميزة وقدرتهم على عبور الحاجز المشيمي. ويلخص نظرة عامة الفعلي على الدراسات الحالية على نفاذية المشيمة إلى المواد متناهية الصغر هندسيا في مينيزيس وآخرون 2011 17 و Buerki-Thurnherr وآخرون. 2012 7.
المزدوج فيفو السابقين إعادة تدوير الإنسان نموذج نضح المشيمة يوفر نظام للرقابة وموثوق بها لدراسة النقل المشيمة من الذاتية المختلفة ومركبات خارجية 3،11،12،18،19 ومجموعة واسعة من وظائف أخرى من المشيمة مثل الآليات المسؤولة عن تطوير الحالات المرضية مثل تسمم الحمل <سوب> 20-22. في هذا البروتوكول ونحن نركز بشكل رئيسي على اقامة والمناولة والطريقة التي تسمح للدراسة تراكم والآثار ومعدلات إزفاء من مجموعة واسعة من الاكسيوبيوتك أو النانوية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تحت نضح إعادة تدوير مزدوج أظهر هنا، وهناك عدة تكوينات تجريبية أخرى ممكن اعتمادا على السؤال الذي لابد من الإجابة عليها. وتستخدم perfusions المشيمة مفتوحة خاصة عادة لتقييم التخليص المخدرات في تركيز ثابت للدولة 3. نضح اعادة توزيع مجموعة المتابعة يمكن تطبيقها أيضا لتأك…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويؤيد هذا العمل ماليا من قبل المؤسسة الوطنية السويسرية، (المفدال برنامج 64، منح لا 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).
