工程师们开发了胎盘芯片来研究从母亲到胎儿的咖啡因转运。

工程师们开发了胎盘芯片来研究从母亲到胎儿的咖啡因转运。

工程师们利用微流体技术创造了一种“芯片胎盘”,模拟化合物如何从母亲传递到胎儿。

爱荷华州立大学机械工程副教授、该项目负责人尼科尔·哈希米(Nicole Hashemi)说:“我对微流体很感兴趣,我一直很兴奋能利用这项技术来了解细胞环境和人体内的情况。”“我们研究了不同的器官,并决定开发一种胎盘模型,因为对这个重要的临时器官的研究还不多。”

怀孕期间,胎盘在女性子宫内发育。通过脐带,它为胎儿提供氧气和营养,并清除胎儿血流中的废物。

哈希米说,胎盘的动物模型不能很好地转化为人类健康。由于胎盘的暂时性,还没有很多人类的研究。那些已经做过的已经显示出不一致的结果。

约翰威利父子公司(JohnWiley&SonsInc.)发表的科学期刊《全球挑战》(GlobalChallenges)刚刚在网上发表的一篇论文中描述了工程师的胎盘模型。哈希米是相应的作者。合著者是Rajeendra Pemathilaka和Saurabh Aykar,爱荷华州机械工程研究生;Jeremy Caplin,前爱荷华州研究生,现就读于乔治亚理工学院;Reza Montazami,爱荷华州机械工程副教授。

海军研究办公室的一笔拨款和一个年轻的研究员奖给了郁郁葱葱公司的卡普林,支持胎盘模型的开发。

哈希米说,花了四年时间,才想出一个工作模式。首先,工程师们必须设计出微流体,他们最终决定设计一个模型,两个微通道只有1亿分之一米高和4亿分之一米宽。然后,他们必须弄清楚如何在多孔的生物相容膜的两侧有效地生长细胞,该膜将分离两个通道并代表胎盘屏障。他们还必须确定正确的化合物来使用模型进行测试,这样他们才能理解从母体到胎儿的运输。

工程师们决定在他们的初步研究中使用咖啡因。

这是一个相关的医学问题:由于母亲咖啡因摄入量对胎儿的影响未知,世界卫生组织等卫生当局建议在怀孕期间限制咖啡因摄入量。

对哈希米来说,这也是一个重要的问题:“我喝了很多茶,”她解释说,办公桌上放着一杯茶。“这是我个人的事。”

母亲茶或咖啡中的咖啡因会进入婴儿的血液吗?对模型的测试表明,其中一些可以。

据报道,工程师们将0.25毫克每毫升的咖啡因浓度(美国食品药品监督管理局的指导方针认为这种浓度是安全的)引入模型的母体一小时,然后监测7.5小时内的变化。6个半小时后,母体咖啡因浓度稳定在0.1513毫克/毫升,胎儿咖啡因浓度稳定在0.0033毫克/毫升。

现在他们已经展示了他们的技术,哈希米说这个模型正被俄亥俄州立大学医学院的研究伙伴用来研究不同的药物如何通过胎盘屏障。

她还说,人们对研究环境毒素是如何从母亲转移到胎儿身上也有兴趣。未来的研究可能包括个人化技术,实际调整模型与来自母亲或胎儿的细胞,以帮助处方药物或剂量。也许有一天,研究人员可以研究化学物质和化合物在胎盘运输过程中对单个细胞的影响。

哈希米说:“我们正试图模拟真正的胎盘。”“既然我们已经有了这种芯片胎盘技术,我们就可以与从事各种项目的研究人员合作。”

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