Le placenta sur puce du laboratoire Huh comporte deux canaux microfluidiques qui représentent les systèmes circulatoires maternel et fœtal, et une membrane avec des cellules vivantes de la barrière placentaire qui sépare les deux. Il existe peu de bonnes options pour tester comment les produits pharmaceutiques et autres suppléments pourraient traverser la barrière placentaire pendant la grossesse. Simuler cette barrière sur une puce, en utilisant des cellules humaines, est une alternative aux modèles animaux non concluants, ou en utilisant du tissu placentaire donné après la naissance, qui ont une durée de vie limitée et nécessitent des montages expérimentaux compliqués. Crédit :Université de Pennsylvanie
Des chercheurs de la School of Engineering and Applied Science de l'Université de Pennsylvanie ont démontré la faisabilité de leur plate-forme « organe sur puce » pour étudier comment les médicaments sont transportés à travers la barrière placentaire humaine.
Certains médicaments administrés par la mère peuvent pénétrer dans la circulation sanguine fœtale, mais comment le placenta détermine quelles molécules peuvent traverser est encore mal compris. Les moyens de tester ce processus sont limités. Les modèles animaux ne capturent pas les détails importants de la physiologie humaine, la plupart des recherches in vivo ne peuvent pas être effectuées de manière éthique, et les placentas donnés après la naissance ne sont viables que quelques heures, rendant difficile la conduite correcte d'expériences de transport compliquées.
Un petit nombre de médicaments ont été testés via cette méthode de "perfusion placentaire ex vivo", toutefois. En comparant les résultats d'expériences de transport menées sur leur placenta sur puce, l'équipe Penn a démontré que leur système de paillasse pouvait être un substitut efficace pour un organe vivant dans une telle recherche.
L'étude a été dirigée par Dan Huh, Wilf Family Term Assistant Professeur en bio-ingénierie à la Penn's School of Engineering and Applied Science, et Cassidy Blundell, un étudiant diplômé du laboratoire Huh. D'autres membres du laboratoire, Yoon-Suk Yi, Lin Ma, Emilie Tess, Megan Farrell et Andrei Georgescu, contribué à l'étude. Ils ont collaboré avec Lauren M. Aleksunes, professeur agrégé à l'École de pharmacie Ernest Mario de l'Université Rutgers.
Il a fait la couverture du journal Matériaux de santé avancés .
Le placenta sur puce de l'équipe Penn est un petit bloc de silicone qui abrite deux canaux microfluidiques séparés par une membrane poreuse. Les chercheurs cultivent des cellules trophoblastiques humaines d'un côté de la membrane et des cellules endothéliales de l'autre. Les couches de ces deux types de cellules imitent la barrière placentaire, qui détermine ce qui passe du système circulatoire maternel au système circulatoire fœtal.
En ajoutant différentes molécules au fluide semblable au sang circulant dans le canal microfluidique "maternel", les chercheurs peuvent mesurer la vitesse à laquelle ils se transfèrent vers le canal "fœtal" et combien ils s'accumulent dans la barrière elle-même.
La capacité de tester ce processus sur des placentas humains est très demandée. Les femmes enceintes sont exclues des essais cliniques de médicaments, et les modèles animaux ont de sérieuses limitations. Ces limites ont été tragiquement démontrées dans le cas de la thalidomide, où un médicament contre les nausées matinales capable de traverser la barrière placentaire humaine a entraîné des dizaines de milliers de malformations congénitales et de décès.
Les expériences de transport de pointe actuelles sont menées sur des dons de tissu placentaire humain, mais brancher un organe vivant à l'appareil de test est un désordre, proposition délicate.
"La perfusion placentaire ex vivo est une excellente méthode, " Hein dit, "mais il a un taux d'échec assez élevé, et le montage expérimental est compliqué :il est sujet aux fuites et nécessite un haut niveau d'expertise. La plupart des sociétés pharmaceutiques ne seront pas en mesure de tester leurs médicaments en utilisant cette méthode. »
Pour valider leur placenta-on-a-chip en tant que plateforme de test, Huh et ses collègues ont comparé le transport de deux médicaments qui ont été étudiés par perfusion placentaire ex vivo :l'héparine, un anticoagulant, et glyburide, utilisé dans le traitement du diabète gestationnel.
L'héparine est considérée comme une molécule trop grosse pour traverser la barrière placentaire, et le placenta sur puce de l'équipe a également confirmé ce résultat. Le glyburide est considéré comme sûr à utiliser pendant la grossesse, grâce à des transporteurs d'efflux spécialisés exprimés par le tissu placentaire qui empêchent les molécules médicamenteuses administrées par la mère d'atteindre le fœtus. Le placenta sur puce était capable d'imiter ce mécanisme de protection.
"Nous nous rapprochons, " Huh dit. " Cette étude nous a donné confiance que le placenta-on-a-chip a un potentiel énorme en tant que plate-forme de dépistage pour évaluer et prédire le transport de médicaments dans le placenta humain. "
D'autres recherches et études de validation seront nécessaires avant que le placenta sur puce ne réplique suffisamment son homologue in vivo à des fins d'essais cliniques.
"Par exemple, le marqueur fluorescent que nous utilisons modifie la taille et la forme du médicament, qui a un effet sur les transports, " dit Blundell. " A l'avenir, nous travaillerons avec notre collaborateur pharmacologue, Lauren Aleksunes, et son laboratoire pour simuler des situations plus réalistes."
Au-delà des produits pharmaceutiques, le placenta-on-a-chip de l'équipe Penn serait utile pour mieux comprendre les impacts sur la santé d'une variété de choses qui pourraient potentiellement passer dans la circulation sanguine fœtale.
"Nous aimerions utiliser ce système pour tester des choses au-delà des médicaments, ces suppléments à base de plantes, vitamines, et toute une série de choses que les femmes pourraient prendre au cours de la grossesse, " a déclaré Blundell.
