4-kärlprovtagningsstrategin för integrationsstudier av human placentalfysiologi<em> In vivo</em
Summary
Vi presenterar en detaljerad metod för att studera human placenta fysiologi in vivo vid termen. Metoden kombinerar blodprovtagning från inkommande och utgående kärl på moderns och fostrets sidor av placentan med ultraljudsmätningar av volymblodflöde och placenta vävnadsprovtagning.
Abstract
Den mänskliga placentan är mycket otillgänglig för forskning medan den fortfarande är i utero . Den nuvarande förståelsen av human placenta fysiologi in vivo är därför i stor utsträckning baserad på djurstudier, trots den stora mångfalden bland arten i placenta anatomi, hemodynamik och graviditetens varaktighet. Den stora majoriteten av human placenta studier är ex vivo perfusionsstudier eller in vitro trofoblaststudier. Även om in vitro- studier och djurmodeller är viktiga är extrapolering av resultaten från sådana studier till den mänskliga placenta in vivo osäker. Vi syftade till att studera human placenta fysiologi in vivo vid termen och presentera ett detaljerat protokoll av metoden. Utnyttjande av intraabdominal tillgång till livmodervenen strax innan livmoderns snitt under planerad kejsarsnitt, samlar vi blodprover från inkommande och utgående kärl på moderns och fostrets sidor av placentan. När man kombinerar conCentreringsmätningar från blodprover med volymblodflödesmätningar, kan vi kvantifiera placenta och fetalt upptag och släppa ut någon förening. Vidare kan placenta vävnadsprover från samma morfosterpar ge mätningar av transportörens densitet och aktivitet och andra aspekter av placenta funktioner in vivo . Genom denna integrerade användningen av provtagningsmetoden med 4 kärl kan vi testa några av de nuvarande begreppen överföring och metabolism av placenta näringsämnen in vivo , både vid normala och patologiska graviditeter. Vidare möjliggör denna metod identifiering av substanser som utsöndras av moderkakan mot modercirkulationen, vilket kan vara ett viktigt bidrag till sökandet efter biomarkörer av placenta dysfunktion.
Introduction
Enligt National Institutes of Health, USA, är placentan det minst förstådda organet i människokroppen 1 , 2 , 3 . Det är svårt att komma åt och studera mänsklig placenta in vivo utan att påföra onetiska risker på den pågående graviditeten. Studier av placentafunktionen hos människa baseras därför i stor utsträckning på in vitro- och ex vivo- modeller. Majoriteten av tidigare in vivo studier av placental transport och metabolism har utförts hos djur 4 , 5 , 6 . Men eftersom placenta strukturen och funktionerna varierar väsentligt mellan arter måste extrapolering av resultat från djur till människor ske med försiktighet. Endast några få mindre humana in vivo- studier har undersökt placenta och fosterupptagning och transport under normal fysiologiskAl-betingelser, och ingen har undersökt den integrerade överföringen av flera föreningar 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 . Dessa grundläggande studier illustrerar att in vivo- studier av den mänskliga placentan är möjliga och att de kan tjäna flera syften. För det första kan nuvarande koncept av placentalfunktioner som huvudsakligen härrör från in vitro , ex vivo och djurstudier testas i en mänsklig miljö och därigenom ge en ny och mer specifik inblick i den mänskliga placentan. För det andra kan egenskaper hos den dysfunktionella placentan associerad med avvikande fetaltillväxt, preeklampsi, maternell diabetes, metaboliskt syndrom och andra metaboliska störningar i magen bättre präglas. Tredje, human in vivo- studier ger möjlighet att utveckla diagnosTic och prediktiva verktyg av placenta funktion.
På denna bakgrund syftade vi till att upprätta en omfattande samling fysiologiska data för att undersöka den mänskliga placenta funktionen in vivo. Under en planerad kejsarsnitt utnyttjar vi den intraabdominala tillgången till livmodervenen för att samla blodprover från inkommande och utgående kärl på moderkroppen och fostrets sidor (4-kärls provtagningsmetod). Dessa prover används för att beräkna de parade arteriovenösa koncentrationsskillnaderna mellan näringsämnen och andra ämnen 14 . Dessutom mäter vi volymen blodflöde på båda sidor av placentan genom ultraljud. Följaktligen kan placenta och fosterupptagning av vilken som helst förening kvantifieras. Vidare är det möjligt att bestämma substanser som frigörs av moderkakan till moder- och fostercirkulationerna 15 , 16 , 17 . När kombineraD med kliniska parametrar för mor och barn samt analyser av placenta och andra relevanta vävnader, har denna metod en spännande potential att integrera många aspekter av placenta funktioner in vivo i samma morfosterpar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Provtagningsmetoden för placenta 4-kärl är relevant för tre huvudändamål. För det första kan det användas för att studera hur specifika ämnen tas upp av moderkakan på moderns sida och eventuellt överförs till navelströmscirkulationen och fostret, vilket framgår av våra glukos- och aminosyrastudier. För det andra är metoden mycket relevant för att studera substanser som produceras av placentan och släpptes till moder- eller fostercirkulationen, vilket demonstreras av progesteronresultaten. För…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Först och främst tackar vi de mammor som deltog i projektet. Därefter erkänner vi all personal som biträdde och underlätta provtagningsförfarandet, anestesiologen, sjuksköterskans anestesiolog och de kirurgiska sjuksköterskorna. Projektet skulle inte ha varit möjligt utan finansiering från den regionala hälso- och sjukvårdsorganisationen Sydostasien och den norska rådgivande enheten för kvinnors hälsa, Oslo Universitet och lokal finansiering från Oslo Universitetssjukhus.
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).
