I ricercatori della School of Engineering and Applied Science dell'Università della Pennsylvania hanno dimostrato la fattibilità della loro piattaforma "organ-on-a-chip" nello studio di come i farmaci vengono trasportati attraverso la barriera placentare umana.

Alcuni farmaci somministrati dalla madre possono entrare nel flusso sanguigno fetale, ma il modo in cui la placenta determina quali molecole possono attraversare è ancora poco compreso. I modi per testare questo processo sono limitati. I modelli animali non catturano dettagli importanti della fisiologia umana, la maggior parte della ricerca in vivo non può essere condotta eticamente, e le placente donate dopo la nascita sono vitali solo per poche ore, rendendo difficile condurre correttamente esperimenti di trasporto complicati.

Un piccolo numero di farmaci è stato testato tramite questo metodo di "perfusione placentare ex vivo", però. Confrontando i risultati degli esperimenti di trasporto condotti sulla loro placenta-on-a-chip, il team di Penn ha dimostrato che il loro sistema da banco potrebbe essere un sostituto efficace per un organo vivente in tale ricerca.

Lo studio è stato condotto da Dan Huh, Wilf Family Term Assistant Professor in Bioingegneria presso la Penn's School of Engineering and Applied Science, e Cassidy Blundell, uno studente laureato nel laboratorio Huh. Altri membri del laboratorio, Yoon-Suk Yi, Lin Ma, Emily Tess, Megan Farrell e Andrei Georgescu, contribuito allo studio. Hanno collaborato con Lauren M. Aleksunes, professore associato presso la Ernest Mario School of Pharmacy della Rutgers University.

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La placenta-on-a-chip del team Penn è un piccolo blocco di silicone che ospita due canali microfluidici separati da una membrana porosa. I ricercatori coltivano cellule trofoblastiche umane su un lato della membrana e cellule endoteliali sull'altro. Gli strati di questi due tipi di cellule imitano la barriera placentare, che determina ciò che passa dal sistema circolatorio materno a quello fetale.

Aggiungendo diverse molecole al fluido simile al sangue che scorre attraverso il canale microfluidico "materno", i ricercatori possono misurare la velocità con cui si trasferiscono al canale "fetale" e quanto si accumulano nella barriera stessa.

La capacità di testare questo processo sulle placente umane è molto richiesta. Le donne in gravidanza sono escluse dagli studi clinici sui farmaci, e i modelli animali hanno gravi limitazioni. Tali limiti sono stati tragicamente dimostrati nel caso della talidomide, dove un farmaco per la nausea mattutina in grado di trasportare attraverso la barriera placentare umana ha portato a decine di migliaia di difetti alla nascita e decessi.

Gli attuali esperimenti di trasporto all'avanguardia sono condotti su tessuto placentare umano donato, ma collegare un organo vivente all'apparato di prova è un disordine, proposta schizzinosa.

"La perfusione placentare ex vivo è un ottimo metodo, "Eh ha detto, "ma ha un tasso di fallimento piuttosto alto, e il set-up sperimentale è complicato:è soggetto a perdite e richiede un alto livello di competenza. La maggior parte delle aziende farmaceutiche non sarà in grado di testare i propri farmaci utilizzando questo metodo".

Per convalidare la loro placenta-on-a-chip come piattaforma di test, Huh e i suoi colleghi hanno confrontato il trasporto di due farmaci che sono stati studiati tramite perfusione placentare ex vivo:eparina, un anticoagulante, e gliburide, utilizzato nel trattamento del diabete gestazionale.

Si ritiene che l'eparina sia una molecola troppo grande per passare attraverso la barriera placentare, e anche la placenta su chip del team ha confermato quel risultato. Glyburide è considerato sicuro da usare durante la gravidanza, grazie a trasportatori di efflusso specializzati espressi dal tessuto placentare che impediscono alle molecole di farmaco somministrate dalla madre di raggiungere il feto. La placenta-on-a-chip è stata in grado di emulare questo meccanismo protettivo.

"Ci stiamo avvicinando, " Huh ha detto. "Questo studio ci ha dato la certezza che la placenta-on-a-chip ha un enorme potenziale come piattaforma di screening per valutare e prevedere il trasporto di farmaci nella placenta umana".

Saranno necessarie ulteriori ricerche e studi di convalida prima che la placenta-on-a-chip replichi sufficientemente la sua controparte in vivo ai fini dei test clinici.

"Per esempio, il marcatore fluorescente che usiamo cambia le dimensioni e la forma del farmaco, che ha un effetto sui trasporti, " Blundell ha detto. "Andando avanti, lavoreremo con il nostro collaboratore farmacologo, Lauren Aleksunes, e il suo laboratorio per simulare situazioni più realistiche."

Oltre i prodotti farmaceutici, la placenta-on-a-chip del team di Penn sarebbe utile per comprendere meglio gli impatti sulla salute di una varietà di cose che potrebbero potenzialmente attraversare il flusso sanguigno fetale.

"Vorremmo usare questo sistema per testare cose che vanno oltre le droghe, tali integratori a base di erbe, vitamine, e tutta una serie di cose che le donne potrebbero assumere nel corso della gravidanza, " ha detto Blundell.