Este trabajo está financiado por la Fundación Nacional de Suiza, (NRP programa 64, podrán conceder 4.064 a 131.232).

1. Preparación del sistema de perfusión <ol><li> Configurar el sistema de perfusión que consiste en un baño de agua, una cámara de perfusión, dos columnas para la oxigenación, dos bombas peristálticas, dos trampas de burbujas, dos calentadores de flujo y un sensor de presión (Figura 1). Conectar estos componentes con secciones de tubo compuestas de los materiales de cloruro de polivinilo de silicona y de acuerdo con el esquema de la figura 2. Por último, hay dos circuitos que representan el circuito fetal y materna, respectivamente. </li><li> Encienda el baño de agua, los calentadores de paso y el calentamiento de la cámara de perfusión. La temperatura debe ser de 37 ° C. </li><li> Calentar el medio de perfusión (NCTC-135 medio de cultivo tisular se diluyó 1:02 con tampón de Earle (6,8 g / l de cloruro sódico, 0,4 g / L de cloruro de potasio, 0,14 g / l de fosfato monosódico, 0,2 g / L de sulfato de magnesio, 0,2 g / L de cloruro de calcio, 2 g / l de glucosa) suplementado con glucosa (1 g / L), dextrano 40 (10 g / L), albúmina de suero bovino (10 g/ L), heparina sódica (2.500 UI / L), amoxicilina (250 mg / L) y bicarbonato de sodio (2,2 g / L), pH 7,4) en el baño de agua. </li><li> Consecutivamente enjuagar los sistemas arterial del circuito fetal y materna con a) 200 ml de agua destilada, b) 50 ml de hidróxido sódico 1%, c) 1% de ácido fosfórico y d) de nuevo 200 ml de agua destilada (velocidad de flujo: 15 - 20 ml / min). </li><li> Conectar la cánula fetal (Ø 1,2 mm; aguja de punta roma debe estar unido a un equipo de infusión de aguja con aletas modificado) a la tubería arterial fetal. </li><li> Enjuague los sistemas arterial del circuito fetal y materna con medio de perfusión hasta que todos los tubos contienen medio (velocidad de flujo: 15-20 ml / min). Durante esta etapa de llenar las trampas de burbujas y eliminar todas las burbujas de aguas abajo de la trampa. A continuación, dejar las bombas. Es muy importante que los tubos arteriales aferentes siempre están libres de burbujas, de lo contrario después de la canalización en especial los vasos fetales finos pueden romperse. </li><li> Encienda el flujo de gas. El circuito de la madre se oxigena wiª dióxido de carbono al 5% y aire sintético 95% y el circuito fetal con dióxido de carbono 5% y 95% de nitrógeno. </li><li> Iniciar la grabación del sensor de presión. </li></ol> 2. Canulación de la Placenta <ol><li> Obtener la placenta intacta de embarazos sin complicaciones plazo después de una cesárea primaria. El consentimiento por escrito tiene que ser dado (se obtuvo en el caso de los estudios) por las madres antes del parto y el estudio tiene que ser aprobado por el comité de ética local (en el caso en nuestros estudios). En primer control visual debe ser realizado por las parteras para asegurar una placenta sana e intacta. </li><li> La canulación de la placenta es un paso crítico! Durante la perfusión cada pequeña perturbación en el tejido puede dar lugar a una fuga entre la circulación materna y fetal. La placenta tiene que ser obtenido dentro de 30 min después de la entrega. </li><li> Seleccione un cotiledones intactos en la zona marginal de la placenta sin interrupciones visibles en el lado materno. En la placa coriónica,atar las dos ramas asociadas de la arteria y vena umbilical aguas arriba hacia el lado canulación más adelante (hacia el cordón umbilical) mediante el uso de material de sutura quirúrgica. Haga siempre dos nudos. </li><li> Canular la arteria fetal primero. Las arterias placentarias fetales son siempre más pequeña y más delgada que las venas. </li><li> Hacer una sutura alrededor de la arteria fetal, pero no lo ate para arriba inmediatamente. Mantenga el recipiente con una pinza, corte el recipiente con cuidado y poner la cánula pequeña (Ø 1,2 mm) en la arteria. Luego atar la sutura (dos nudos). </li><li> Proceder con la vena del feto de la misma manera pero el uso de una cánula más grande (Ø 1.5 a 1.8 mm; aguja de punta roma debe estar unido a un equipo de infusión de aguja con aletas modificado). </li><li> Encienda la bomba fetal (2 ml / min). Si no hay ninguna fuga visible y la sangre emana de la cánula de la vena fetal, poco a poco aumentar el flujo de hasta 4 ml / min. Observe la presión en la arteria fetal, no debe exceder de 70 mm Hg. Si las fugas de líquido hacia fuera en el feto o de yerba materno cánula que arreglar con otra sutura. </li><li> Coloque la placenta en el soporte del tejido con el lado fetal y tirar de la membrana placentaria y el tejido a través de los picos. En el extremo del cotiledón perfundido debe estar en el centro del agujero en el soporte de tejido. </li><li> Estabilizar la parte en la que sólo la membrana tiene la placenta con una membrana de silicona (Ø 1 mm) o como alternativa dos piezas parafilm. </li><li> Monte el sostenedor del tejido completo, apretar los tornillos y cortar el tejido sobresaliente. Tenga en cuenta que la cánula venosa y arterial no queden atrapados sino que ponen en los pequeños canales del sostenedor del tejido. </li><li> Gire el soporte del tejido al revés, lo puso en la cámara de perfusión y agregue la cubierta. Ahora, del lado materno debe estar en la parte superior. Compruebe siempre si el circuito fetal es todavía intacta y el medio está fluyendo fuera de la tubería de la vena fetal. </li><li> Encienda la bomba de la madre (12 ml / min). Introducir los tres contundente cánulas (Ø 0,8 mm) en el thfinal e del tubo arterial materna en el espacio intervellosa al penetrar la placa decidual. Para devolver el líquido de perfusión en el circuito materna puso un tubo de drenaje venoso como que también está conectado con la bomba materna a la posición más baja en la parte superior de la cámara de perfusión. </li><li> Conectar la cánula de la vena fetal al tubo vena fetal. </li></ol> 3. La ejecución de la pre y la Fase Experimental de la perfusión <ol><li> Para permitir que el tejido se recupere del período isquémico después del parto, y para eliminar la sangre en el espacio intervellosa, una pre-fase abierta de 20 min es necesario. Eso significa que la vena materna y fetal no se conduce de nuevo al depósito arterial que contiene el medio de perfusión. Recoger el flujo de salida venoso fetal y materna en una botella y desecharla después de la pre-fase. </li><li> Para evaluar la integridad de la perfusión realizar otra pre-fase de 20 minutos, pero en un circuito cerrado. Usa dos depósitos separados con medio de perfusiónpara el circuito fetal y materna y cerrar los circuitos, llevando el flujo venoso fetal de nuevo en el depósito del feto y la parte posterior del flujo venoso materna en el depósito materna. </li><li> Para el experimento principal perfusión preparar dos frascos con 120 ml de medio de perfusión (uno para la madre y el otro para el depósito del feto). Agregue el radiomarcado 14 C-antipirina (4 nCi / ml; sirve como control positivo; PRECAUCIÓN: sustancia radiactiva) y el xenobióticos o nanopartículas marcado con fluorescencia que se quiere analizar al depósito materna. Mezcle el líquido de perfusión materna así. </li><li> Comience el experimento cambiando el medio de perfusión puro con los dos frascos preparados (depósitos fetales y maternas). Cerrar los circuitos, llevando el nuevo flujo venoso fetal en el depósito del feto y la parte posterior del flujo venoso materna en el depósito materna. </li><li> Continuar la perfusión durante 6 horas y tomar muestras de forma regular. Siempre resuspender el medio en el fetal y maternadepósito antes de la retirada. </li><li> Control de la presión en la arteria fetal (no debe exceder de 70 mm de Hg), pH en ambos circuitos (debe estar en un rango fisiológico 7.2 a 7.4) y el volumen de ambos depósitos (pérdida de volumen fetal no debe exceder de 4 ml / h) durante la perfusión . Si es necesario ajustar los valores de pH con el ácido clorhídrico o hidróxido de sodio. </li><li> Si la pérdida de volumen en el depósito fetal supera los 4 ml / hr hay una fuga en el tejido y uno tiene que parar la perfusión. La tasa de éxito de una perfusión durante 6 horas sin pérdida es de aproximadamente 15-20%. </li><li> Detenga la perfusión después de 6 horas. Apague las bombas, baño de agua, calentadores de flujo y el flujo de gas. </li><li> Retire la placenta del sostenedor del tejido, corte el cotiledón perfundido (más brillante que el tejido unperfused) y pesarlo. </li><li> Tomar muestras de unperfused (parte de la placenta que fue cortada en el principio; podría ser ya tomada durante la fase de pre-) y tejido perfundido (cada uno de aproximadamente 1 g) y almacenar a -20 ° Chasta homogeneización o en nitrógeno líquido para su posterior análisis. Fijar otra muestra de tejido en formalina al 4% para la evaluación histopatológica. Las muestras deben incluir todas las capas de la placenta. </li><li> Limpiar los tubos después de la perfusión de un enjuague sucesivamente los sistemas arterial del circuito fetal y materna con: a) 200 ml de agua destilada, b) 50 ml de hidróxido sódico 1%, c) 50 ml de 1% de ácido fosfórico y d) de nuevo 200 ml de agua destilada (caudal: 15 a 20 ml / min). </li></ol> Todo el procedimiento de trabajo del experimento de perfusión placenta se representa en la Figura 3. 4. Análisis de las Muestras <ol><li> Centrifugar las muestras de perfundido durante 10 min a 800 xg antes del análisis para eliminar los eritrocitos residuales. Tome el sobrenadante para el análisis ulterior. Las muestras se pueden dejar durante la noche a 4 ° C. Para el análisis de la producción de leptina y hCG las muestras se pueden almacenar a -20 ° C. </li><li> Para evaluar la permeabilidad de laplacenta analizar la C-antipirina 14 por centelleo líquido. Mezclar 300 l de las muestras fetal y materna con 3 ml de cóctel de centelleo y medida durante 5 min en un contador beta. </li><li> Para evaluar la transferencia de las nanopartículas fluorescentes o el xenobiótico de interés leer la fluorescencia a 485 nm de excitación y 528 nm de emisión en un lector de microplacas (longitudes de onda indicadas son para el análisis de la etiqueta verde amarillo, que se utilizó para las nanopartículas). </li><li> Para determinar la viabilidad del tejido de la placenta durante la medida de la perfusión el consumo de glucosa y producción de lactato en el circuito fetal y materna con un sistema automatizado de gases en sangre. Además, evaluar la producción de hormonas de la placenta humana choriongonadotropin (hCG) y la leptina en las muestras de tejido homogeneizadas y los perfundidos por ensayo de inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA). </li></ol>

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Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Debajo de la perfusión recirculante dual mostró aquí, hay varias otras configuraciones experimentales posibles dependiendo de la pregunta que hay que responder. Perfusiones placentarios Particularmente abiertos se utilizan comúnmente para evaluar el aclaramiento del fármaco a una concentración de estado estacionario 3. La perfusión recirculante de configuración se puede aplicar también para confirmar transporte activo de sustancias endógenas o exógenas. Para este enfoque, la misma concentración de...

La placenta es un órgano complejo que es responsable para el intercambio de oxígeno, dióxido de carbono, nutrientes y productos de desecho y, al mismo tiempo capaz de mantener los dos circuitos de la sangre de la madre y el feto en crecimiento separados el uno del otro. Además, se previene el rechazo del niño por el sistema inmune materna y secreta las hormonas para mantener el embarazo. La barrera celular está formada por las células citotrofoblastos que se fusionan y forman un verdadero sincitio sin membranas celulares laterales 4,5. Toda la placenta está organizada en varios cotiledones, que contienen un árbol velloso fetal y representan una unidad funcional de la placenta. El estudio de la función de barrera de la placenta se intensificó con el descubrimiento de las malformaciones inducidas por la talidomida en la década de 1960. Por razones obvias, los estudios de translocación con las mujeres embarazadas no pueden realizarse. En consecuencia, varios modelos alternativos han sido desarrollados 6,7 </sa&gt;. El modelo relevante más prometedor y probablemente más clínica es el modelo de perfusión ex vivo de placenta humana desarrollado por Panigel y compañeros de trabajo 2,3. Muchas mujeres están expuestas a diferentes xenobióticos como las drogas o los contaminantes ambientales durante el embarazo 8. Para algunos medicamentos que ya se les administró regularmente durante el embarazo, en los estudios in vivo se puede realizar por comparación de la concentración en sangre materna con el que, en la sangre del cordón umbilical. Sin embargo, por lo general sólo hay información limitada sobre la farmacocinética y-dinámica en el feto y la teratogenicidad de estas sustancias. Por ejemplo los opiáceos como la heroína atraviesa fácilmente la barrera placentaria y puede conducir a la restricción del crecimiento intrauterino, parto prematuro o aborto espontáneo 9,10. Por lo tanto, en caso de falta de abstinencia durante el embarazo se recomienda una terapia de reemplazo con la metadona. El exmodelo de perfusión placentaria humana in vivo reveló que la transferencia de la metadona en la circulación fetal es insignificante 11, que se correlaciona bien con la sangre-a-materna relación de concentración calculada de sangre de cordón después de la entrega 12. La nanotecnología es un campo cada vez mayor, especialmente en medicina. Así, bajo la forma natural fino (&lt;2,5 m de diámetro) y las partículas ultrafinas (&lt;0,1 m de diámetro) en los humos de los incendios forestales, erupciones volcánicas y polvo del desierto, la exposición a nanomateriales artificiales (al menos una dimensión &lt;0,1 micras 13 ) es cada vez mayor. Esto plantea preguntas sobre el potencial toxicológico de los nanomateriales artificiales. Aunque no hay peligro humana pudo comprobar, sin embargo, hay estudios experimentales principales que indican que las nanopartículas artificiales pueden causar reacciones biológicas adversas que conducen a resultados toxicológicos 14. Recientemente, algunos estudios indican que la exposición prenatal a lala contaminación del aire está ligada a una necesidad respiratoria superior y la inflamación de las vías en los recién nacidos y los niños 15,16. Además, pequeñas nanopartículas pueden ser utilizados como portadores de fármacos para tratar específicamente ya sea el feto o la madre. Por lo tanto, se hace evidente que se requieren extensos estudios de xenobióticos o nanomateriales distintos y su capacidad para cruzar la barrera placentaria. Una visión actual de los estudios actuales sobre la permeabilidad de la placenta a los nanomateriales artificiales se resume en Menezes et al. 2011 17 y Buerki-Thurnherr et al. 2012 7. El doble ex vivo de recirculación modelo de perfusión placentaria humana proporciona un sistema controlado y fiable para el estudio del transporte placentario de diversos compuestos endógenos y exógenos 3,11,12,18,19 y una amplia gama de otras funciones de la placenta como mecanismos responsables de la desarrollo de estados patológicos como preeclampsia &lt;sup&gt; 20-22. En este protocolo nos centramos principalmente en la puesta a punto, el manejo y el método que permite el estudio de la acumulación, los efectos y las tasas de translocación de un conjunto amplio de xenobióticos o nanopartículas.

<table border="1">
	<tbody>
 <tr>
 <td>Name of the Reagent</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalogue Number</td>
 <td>Comments (optional)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>NCTC-135 medium</td>
 <td>ICN Biomedicals, Inc.</td>
 <td>10-911-22C</td>
 <td>could be replaced by Medium 199 from Sigma (M3769)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sodium chloride (NaCl)</td>
 <td>Sigma-Aldrich, Fluka</td>
 <td>71381</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Potassium chloride (KCl)</td>
 <td>Hospital pharmacy</td>
 <td></td>
 <td>also possible: Sigma (P9541)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Monosodium phosphate (NaH2PO4 &middot; H2O)</td>
 <td>Merck</td>
 <td>106346</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Magnesium sulfate (MgSO4 &middot; H2O)</td>
 <td>Sigma-Aldrich, Fluka</td>
 <td>63139</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Calcium chloride (CaCl, anhydrous)</td>
 <td>Merck</td>
 <td>102388</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>D(+) Glucose (anhydrous)</td>
 <td>Sigma-Aldrich, Fluka</td>
 <td>49138</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sodium bicarbonate (NaHCO3)</td>
 <td>Merck</td>
 <td>106329</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dextran from Leuconostoc spp.</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>31389</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Bovine serum albumin (BSA)</td>
 <td>Applichem</td>
 <td>A1391</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Amoxicilline (Clamoxyl)</td>
 <td>GlaxoSmithKline AG</td>
 <td>2021101A</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sodium heparin</td>
 <td>B. Braun Medical AG</td>
 <td>3511014</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sodium hydoxide (NaOH) pellets</td>
 <td>Merck</td>
 <td>106498</td>
 <td>CAUTION: corrosive</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ortho-phosphoric acid 85% (H3PO4)</td>
 <td>Merck</td>
 <td>100573</td>
 <td>CAUTION: corrosive</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Maternal gas mixture: 95% synthetic air, 5% CO2</td>
 <td>PanGas AG</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Fetal gas mixture: 95% N2, 5% CO2</td>
 <td>PanGas AG</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Antipyrine (N-methyl-14C)</td>
 <td>American Radiolabeled Chemicals, Inc.</td>
 <td>ARC 0108-50 &mu;Ci</td>
 <td>CAUTION: radioactive material (specific activity: 55mCi/mmol)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Scintillation cocktail (IrgaSafe Plus)</td>
 <td>Zinsser Analytic GmbH</td>
 <td>1003100</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Polystyrene particles 80 nm</td>
 <td>Polyscience, Inc.</td>
 <td>17150</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Polystyrene particles 500 nm</td>
 <td>Polyscience, Inc.</td>
 <td>17152</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>EQUIPMENT</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Water bath</td>
 <td>VWR</td>
 <td>462-7001</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Thermostat</td>
 <td>IKA-Werke GmbH &amp; Co. KG</td>
 <td>3164000</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Peristaltic pumps</td>
 <td>Ismatec</td>
 <td>ISM 833</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Bubble traps (glass)</td>
 <td>UNI-GLAS Laborbedarf</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Flow heater</td>
 <td>UNI-GLAS Laborbedarf</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Pressure sensor + Software for analyses</td>
 <td>MSR Electronics GmbH</td>
 <td>145B5</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Notebook</td>
 <td>Hewlett Packard</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Miniature gas exchange oxygenator</td>
 <td>Living Systems Instrumentation</td>
 <td>LSI-OXR</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Tygon Tube (ID: 1.6 mm; OD: 4.8 mm)</td>
 <td>Ismatec</td>
 <td>MF0028</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Tubes for pumps (PharMed BPT; ID: 1.52 mm)</td>
 <td>Ismatec</td>
 <td>SC0744</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Blunt cannulae (&Oslash; 0.8 mm)</td>
 <td>Polymed Medical Center</td>
 <td>03.592.81</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Blunt cannulae (&Oslash; 1.2 mm)</td>
 <td>Polymed Medical Center</td>
 <td>03.592.90</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Blunt cannulae (&Oslash; 1.5 mm)</td>
 <td>Polymed Medical Center</td>
 <td>03.592.94</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Blunt cannulae (&Oslash; 1.8 mm)</td>
 <td>Polymed Medical Center</td>
 <td>03.952.82</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Parafilm</td>
 <td>VWR</td>
 <td>291-1212</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Perfusion chamber with tissue holder (plexiglass)</td>
 <td>Internal technical department</td>
 <td></td>
 <td>Similar equipment is available from Hemotek Limited, UK</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Surgical suture material (PremiCron)</td>
 <td>B. Braun Medical AG</td>
 <td>C0026005</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Winged Needle Infusion Set (21G Butterfly)</td>
 <td>Hospira, Inc.</td>
 <td>ASN 2102</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Multidirectional stopcock (Discofix C-3)</td>
 <td>B. Braun Medical AG</td>
 <td>16494C</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Surgical scissors</td>
 <td>B. Braun Medical AG</td>
 <td>BC304R</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dissecting scissors</td>
 <td>B. Braun Medical AG</td>
 <td>BC162R</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Needle holder</td>
 <td>B. Braun Medical AG</td>
 <td>BM200R</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dissecting forceps</td>
 <td>B. Braun Medical AG </td>
 <td>BD215R</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Automated blood gas system </td>
 <td>Radiometer Medical ApS</td>
 <td>ABL800 FLEX</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Multi-mode microplate reader</td>
 <td>BioTek</td>
 <td>Synergy HT</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Liquid scintillation analyzer</td>
 <td>GMI, Inc.</td>
 <td>Packard Tri-Carb 2200</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Scintillation tubes 5.5 ml</td>
 <td>Zinsser Analytic GmbH</td>
 <td>3020001</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Tissue Homogenizer</td>
 <td>OMNI, Inc.</td>
 <td>TH-220</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>pH meter + electrode</td>
 <td>VWR</td>
 <td>662-2779 </td>
 <td></td>
 </tr>
	 </tbody>
 </table>

determination of the transport rate of xenobiotics and nanomaterials across the placenta using the ex vivo human placental perfusion model

Hace que la placenta humana Décadas se pensaba que era una barrera impenetrable entre la madre y el niño por nacer. Sin embargo, el descubrimiento de defectos congénitos inducidos por la talidomida y muchos estudios posteriores después demostró lo contrario. Hoy varios xenobióticos perjudiciales como la nicotina, la heroína, la metadona o medicamentos, así como los contaminantes ambientales fueron descritos para superar esta barrera. Con el creciente uso de la nanotecnología, es probable que entre en contacto con nuevas nanopartículas ya sea accidental o intencionalmente a través de la exposición en el caso de posibles aplicaciones nanomédicos la placenta. Los datos de los experimentos con animales no se pueden extrapolar a los seres humanos debido a que la placenta es el órgano específico de la especie de mamífero más 1. Por lo tanto, la ex vivo de doble recirculación de la perfusión placentaria humana, desarrollado por Panigel et al. 2 en 1967 y modificada continuamente por Schneider et al. En 1972 3, puede servir como un modelo excelente to Estudio de la transferencia de xenobióticos o partículas. Aquí, nos centramos en la doble ex vivo recirculación protocolo de perfusión placentaria humana y su desarrollo para adquirir resultados reproducibles. La placenta se obtuvieron después de consentimiento informado de las madres de embarazos sin complicaciones término, sometidas a cesárea. Los vasos fetales y maternos de una cotiledones intactos se canularon y perfundidos por lo menos durante cinco horas. Como modelo de partículas se añaden partículas de poliestireno etiqueta fluorescente con tamaños de 80 y 500 nm de diámetro para el circuito maternal. Las partículas de 80 nm eran capaces de cruzar la barrera placentaria y proporcionar un ejemplo perfecto para una sustancia que se transfiere a través de la placenta hasta el feto, mientras que las partículas de 500 nm fueron retenidos en el tejido de la placenta o el circuito materna. El modelo de la perfusión placentaria humana ex vivo es uno de los pocos modelos que proporcionan información fiable sobreel comportamiento de transporte de xenobióticos en una barrera de tejido importante que entrega datos predictivos y clínicos pertinentes.

La Figura 4A muestra los perfiles de perfusión de partículas de poliestireno pequeñas (80 nm) que se transportan a través de la placenta en comparación con partículas de poliestireno más grandes (500 nm) que no fueron transferidos al compartimento fetal. Cada punto de datos representa la concentración media de partículas hasta el punto de tiempo dado de al menos 3 experimentos independientes. Para obtener nanopartículas de poliestireno de la transferencia placentaria es dependiente de la talla...

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Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

La<em&gt; Ex vivo</em&gt; Modelo de perfusión placentaria humana de doble recirculación se puede utilizar para investigar la transferencia de xenobióticos y nanopartículas a través de la placenta humana. En este protocolo de vídeo se describe el equipo y las técnicas requeridas para una ejecución exitosa de una perfusión de la placenta.

Determinación de la velocidad de transporte de xenobióticos y Nanomateriales través de la placenta mediante el<em&gt; Ex vivo</em&gt; Modelo perfusión placentaria humana

Decades ago the human placenta was thought to be an impenetrable barrier between mother and unborn child. However, the discovery of thalidomide-induced ...

determination-transport-rate-xenobiotics-nanomaterials-across

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Determination of the Transport Rate of Xenobiotics and Nanomaterials Across the Placenta using the ex vivo Human Placental Perfusion Model

17.2K vistas.  University Hospital Zurich. La Ex vivo Modelo de perfusión placentaria humana de doble recirculación se puede utilizar para investigar la transferencia de xenobióticos y nanopartículas a través de la placenta humana. En este protocolo de vídeo se describe el equipo y las técnicas requeridas para una ejecución exitosa de una perfusión de la placenta.

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Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

Diseño de un biorreactor de presión cíclica de la Ex Vivo Estudio de las válvulas aórtica del corazón

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Investigación

Bioingeniería

Ex vivo Mimicry of Normal and Abnormal Human Hematopoiesis

Hematopoietic stem cells require a unique microenvironment in order to sustain blood cell formation1; the bone marrow (BM) is a complex three-dimensional (3D) tissue wherein hematopoiesis is regulated by spatially organized cellular microenvironments termed niches2-4. The organization of the BM niches is critical for the function or dysfunction of normal or malignant BM5. Therefore a better understanding of the in vivo microenvironment using an ex vivo mimicry would help us elucidate the molecular, cellular and microenvironmental determinants of leukemogenesis6.
Currently, hematopoietic cells are cultured in vitro in two-dimensional (2D) tissue culture flasks/well-plates7 requiring either co-culture with allogenic or xenogenic stromal cells or addition of exogenous cytokines8. These conditions are artificial and differ from the in vivo microenvironment in that they lack the 3D cellular niches and expose the cells to abnormally high cytokine concentrations which can result in differentiation and loss of pluripotency9,10.
Herein, we present a novel 3D bone marrow culture system that simulates the in vivo 3D growth environment and supports multilineage hematopoiesis in the absence of exogenous growth factors. The highly porous scaffold used in this system made of polyurethane (PU), facilitates high-density cell growth across a higher specific surface area than the conventional monolayer culture in 2D11. Our work has indicated that this model supported the growth of human cord blood (CB) mononuclear cells (MNC)12 and primary leukemic cells in the absence of exogenous cytokines. This novel 3D mimicry provides a viable platform for the development of a human experimental model to study hematopoiesis and to explore novel treatments for leukemia.

Ex vivo Mimicry of Normal and Abnormal Human Hematopoiesis

A 3D culture system for hematopoiesis is described using human cord blood and leukemic bone marrow cells. The method is based on the use of a porous synthetic polyurethane scaffold coated with extracellular matrix proteins. This scaffold is adaptable to accommodate a wide range of cells.

Ex vivo mimetismo de la hematopoyesis humano normal y anormal

Hematopoietic stem cells require a unique microenvironment in order to sustain blood cell formation1; the bone marrow (BM) is a complex three-dimensional ...

Anatomical Reconstructions of the Human Cardiac Venous System using Contrast-computed Tomography of Perfusion-fixed Specimens

A detailed understanding of the complexity and relative variability within the human cardiac venous system is crucial for the development of cardiac devices that require access to these vessels. For example, cardiac venous anatomy is known to be one of the key limitations for the proper delivery of cardiac resynchronization therapy (CRT)1 Therefore, the development of a database of anatomical parameters for human cardiac venous systems can aid in the design of CRT delivery devices to overcome such a limitation. In this research project, the anatomical parameters were obtained from 3D reconstructions of the venous system using contrast-computed tomography (CT) imaging and modeling software (Materialise, Leuven, Belgium). The following parameters were assessed for each vein: arc length, tortuousity, branching angle, distance to the coronary sinus ostium, and vessel diameter.
	CRT is a potential treatment for patients with electromechanical dyssynchrony. Approximately 10-20% of heart failure patients may benefit from CRT2. Electromechanical dyssynchrony implies that parts of the myocardium activate and contract earlier or later than the normal conduction pathway of the heart. In CRT, dyssynchronous areas of the myocardium are treated with electrical stimulation. CRT pacing typically involves pacing leads that stimulate the right atrium (RA), right ventricle (RV), and left ventricle (LV) to produce more resynchronized rhythms. The LV lead is typically implanted within a cardiac vein, with the aim to overlay it within the site of latest myocardial activation. 
	We believe that the models obtained and the analyses thereof will promote the anatomical education for patients, students, clinicians, and medical device designers. The methodologies employed here can also be utilized to study other anatomical features of our human heart specimens, such as the coronary arteries. To further encourage the educational value of this research, we have shared the venous models on our free access website: <a href="http://www.vhlab.umn.edu/atlas" target="_blank">www.vhlab.umn.edu/atlas</a>.

The objective of this research is to recreate and then access the anatomy of the human cardiac venous system using 3D reconstructions generated from contrast-computed tomography scans.

Las reconstrucciones anatómicas del sistema venoso cardíaco humana usando tomografía computarizada con contraste de las muestras de perfusión fijos

A detailed  understanding of the complexity and relative variability within the human  cardiac venous system is crucial for the development of cardiac ...

The Use of the Ex Vivo Chandler Loop Apparatus to Assess the Biocompatibility of Modified Polymeric Blood Conduits

The foreign body reaction occurs when a synthetic surface is introduced to the body. It is characterized by adsorption of blood proteins and the subsequent attachment and activation of platelets, monocyte/macrophage adhesion, and inflammatory cell signaling events, leading to post-procedural complications. The Chandler Loop Apparatus is an experimental system that allows researchers to study the molecular and cellular interactions that occur when large volumes of blood are perfused over polymeric conduits. To that end, this apparatus has been used as an ex vivo model allowing the assessment of the anti-inflammatory properties of various polymer surface modifications. Our laboratory has shown that blood conduits, covalently modified via photoactivation chemistry with recombinant CD47, can confer biocompatibility to polymeric surfaces. Appending CD47 to polymeric surfaces could be an effective means to promote the efficacy of polymeric blood conduits. Herein is the methodology detailing the photoactivation chemistry used to append recombinant CD47 to clinically relevant polymeric blood conduits and the use of the Chandler Loop as an ex vivo experimental model to examine blood interactions with the CD47 modified and control conduits.

The Use of the Ex Vivo Chandler Loop Apparatus to Assess the Biocompatibility of Modified Polymeric Blood Conduits

Blood exposure to polymeric blood conduits initiates the foreign body reaction that has been implicated in clinical complications. Here, the Chandler Loop Apparatus, an experimental tool mimicking blood perfusion through these conduits, is described. Appendage of recombinant CD47 results in decreased evidence of the foreign body reaction on these conduits.

El uso de la<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Aparato Chandler Loop para evaluar la biocompatibilidad de los conductos sanguíneos poliméricos modificados

The foreign body reaction occurs when a synthetic surface is introduced to the body. It is characterized by adsorption of blood proteins and the ...

Determination of Zeta Potential via Nanoparticle Translocation Velocities through a Tunable Nanopore: Using DNA-modified Particles as an Example

Nanopore technologies, known collectively as Resistive Pulse Sensors (RPS), are being used to detect, quantify and characterize proteins, molecules and nanoparticles. Tunable resistive pulse sensing (TRPS) is a relatively recent adaptation to RPS that incorporates a tunable pore that can be altered in real time. Here, we use TRPS to monitor the translocation times of DNA-modified nanoparticles as they traverse the tunable pore membrane as a function of DNA concentration and structure (i.e., single-stranded to double-stranded DNA).
TRPS is based on two Ag/AgCl electrodes, separated by an elastomeric pore membrane that establishes a stable ionic current upon an applied electric field. Unlike various optical-based particle characterization technologies, TRPS can characterize individual particles amongst a sample population, allowing for multimodal samples to be analyzed with ease. Here, we demonstrate zeta potential measurements via particle translocation velocities of known standards and apply these to sample analyte translocation times, thus resulting in measuring the zeta potential of those analytes.
As well as acquiring mean zeta potential values, the samples are all measured using a particle-by-particle perspective exhibiting more information on a given sample through sample population distributions, for example. Of such, this method demonstrates potential within sensing applications for both medical and environmental fields.

Here we use a polyurethane tunable nanopore integrated into a resistive pulse sensing technique to characterize nanoparticles surface chemistry via the measurement of particle translocation velocities, which can be used to determine the zeta potential of individual nanoparticles.

Determinación del Potencial Zeta a través de nanopartículas de translocación velocidades a través de un sintonizable nanoporos: El uso de partículas de ADN modificado como ejemplo

Nanopore technologies, known collectively as Resistive Pulse Sensors (RPS), are being used to detect, quantify and characterize proteins, molecules and ...

An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular cartilage impairs its load-bearing function substantially as it experiences tremendous chemical degradation, i.e. proteoglycan loss and collagen fibril disruption. One promising way to investigate chemical damage mechanisms during OA is to expose the cartilage specimens to an external solute and monitor the diffusion of the molecules. The degree of cartilage damage (i.e. concentration and configuration of essential macromolecules) is associated with collisional energy loss of external solutes while moving across articular cartilage creates different diffusion characteristics compared to healthy cartilage. In this study, we introduce a protocol, which consists of several steps and is based on previously developed experimental micro-Computed Tomography (micro-CT) and finite element modeling. The transport of charged and uncharged iodinated molecules is first recorded using micro-CT, which is followed by applying biphasic-solute and multiphasic finite element models to obtain diffusion coefficients and fixed charge densities across cartilage zones.

We propose a protocol to investigate the transport of charged and uncharged molecules across articular cartilage with the aid of recently developed experimental and numerical methods.

Un experimental y el Protocolo de elementos finitos para investigar el transporte de solutos neutros y cargadas a través de cartílago articular

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

A New Ex Vivo Model for the Evaluation of Endoscopic Submucosal Injection Material Performance

Increasing the performance of submucosal injection materials (SIMs) is important for endoscopic therapy of early gastrointestinal cancer. It is essential to establish an ex vivo model that can evaluate SIM performance accurately, for developing high-performance SIMs. In our previous study, we developed a new ex vivo model that can be used to evaluate the performance of various SIMs in detail by applying constant tension to the specimen&#39;s ends. We also confirmed that the proposed new ex vivo model allows accurate submucosal elevation height (SEH) measurement under uniform conditions and detailed comparisons of the performances of various types of SIMs. Here, we describe the new ex vivo model and explain the detailed setup methodology of this model. Since all parts of the new model were easy to obtain, the setup of the new model could be completed quickly. SEH of various SIMs could be measured more accurately by using the new model. The critical factor that determines SIM performance can be identified using the new model. SIM development speed will drastically increase after the factor has been identified.

A New Ex Vivo Model for the Evaluation of Endoscopic Submucosal Injection Material Performance

We developed a new ex vivo model that applies constant tension to the porcine gastric specimen. This development made it possible to evaluate the performance (the height and duration of the submucosal elevation) of various SIMs accurately.&#160; The detailed setup methodology of this new model is explained.

Un nuevo modelo Ex Vivo para la evaluación de la ejecución Material de la inyección Submucosal endoscópica

Increasing the performance of submucosal injection materials (SIMs) is important for endoscopic therapy of early gastrointestinal cancer. It is essential ...

Comprehensive Evaluation of the Effectiveness and Safety of Placenta-Targeted Drug Delivery Using Three Complementary Methods

No effective treatments currently exist for placenta-associated pregnancy complications, and developing strategies for the targeted delivery of drugs to the placenta while minimizing fetal and maternal side effects remains challenging. Targeted nanoparticle carriers provide new opportunities to treat placental disorders. We recently demonstrated that a synthetic placental chondroitin sulfate A binding peptide (plCSA-BP) could be used to guide nanoparticles to deliver drugs to the placenta. In this protocol, we describe in detail a system for assessing the efficiency of drug delivery to the placenta by plCSA-BP that employs three separate methods used in combination: in vivo imaging, high-frequency ultrasound (HFUS), and high-performance liquid chromatography (HPLC). Using in vivo imaging, plCSA-BP-guided nanoparticles were visualized in the placentas of live animals, while HFUS and HPLC demonstrated that plCSA-BP-conjugated nanoparticles efficiently and specifically delivered methotrexate to the placenta. Thus, a combination of these methods can be used as an effective tool for the targeted delivery of drugs to the placenta and development of new treatment strategies for several pregnancy complications.

We describe a system that utilizes three methods to evaluate the safety and effectiveness of placenta-targeted drug delivery: in vivo imaging to monitor nanoparticle accumulation, high-frequency ultrasound to monitor placental and fetal development, and HPLC to quantify drug delivery to tissue.

Evaluación integral de la efectividad y seguridad de la entrega de drogas orientada a Placenta utilizando tres métodos complementarios

No effective treatments currently exist for placenta-associated pregnancy complications, and developing strategies for the targeted delivery of drugs to ...

Bioparticle Microarrays for Chemotactic and Molecular Analysis of Human Neutrophil Swarming in vitro

Neutrophil swarming is a cooperative process by which neutrophils seal off a site of infection and promote tissue reorganization. Swarming has classically been studied in vivo in animal models showing characteristic patterns of cell migration. However, in vivo models have several limitations, including intercellular mediators that are difficult to access and analyze, as well as the inability to directly analyze human neutrophils. Because of these limitations, there is a need for an in vitro platform that studies swarming with human neutrophils and provides easy access to the molecular signals generated during swarming. Here, a multistep microstamping process is used to generate a bioparticle microarray that stimulates swarming by mimicking an in vivo infection. The bioparticle microarray induces neutrophils to swarm in a controlled and stable manner. On the microarray, neutrophils increase in speed and form stable swarms around bioparticle clusters. Additionally, supernatant generated by the neutrophils was analyzed and 16 proteins were discovered to have been differentially expressed over the course of swarming. This in vitro swarming platform facilitates direct analysis of neutrophil migration and protein release in a reproducible, spatially controlled manner.

This protocol generates bioparticle microarrays that provide spatially controlled neutrophil swarming. It provides easy access to the mediators that neutrophils release during migration and allows for quantitative imaging analysis.

Microarrays de biopartículas para el análisis quimiotáctico y molecular del enjambre de neutrófilos humanos in vitro

Neutrophil swarming is a cooperative process by which neutrophils seal off a site of infection and promote tissue reorganization. Swarming has classically ...

Biofunctionalization of Magnetic Nanomaterials

Magnetic nanomaterials have received great attention in different biomedical applications. Biofunctionalizing these nanomaterials with specific targeting agents is a crucial aspect to enhance their efficacy in diagnostics and treatments while minimizing the side effects. The benefit of magnetic nanomaterials compared to non-magnetic ones is their ability to respond to magnetic fields in a contact-free manner and over large distances. This allows to guide or accumulate them, while they can also be monitored. Recently, magnetic nanowires (NWs) with unique features were developed for biomedical applications. The large magnetic moment of these NWs enables a more efficient remote control of their movement by a magnetic field. This has been utilized with great success in cancer treatment, drug delivery, cell tracing, stem cell differentiation or magnetic resonance imaging. In addition, the NW fabrication by template-assisted electrochemical deposition provides a versatile method with tight control over the NW properties. Especially iron NWs and iron-iron oxide (core-shell) NWs are suitable for biomedical applications, due to their high magnetization and low toxicity.
In this work, we provide a method to biofunctionalize iron/iron oxide NWs with specific antibodies directed against a specific cell surface marker that is overexpressed in a large number of cancer cells. Since the method utilizes the properties of the iron oxide surface, it is also applicable to superparamagnetic iron oxide nanoparticles. The NWs are first coated with 3-aminopropyl-tri-ethoxy-silane (APTES) acting as a linker, which the antibodies are covalently attached to. The APTES coating and the antibody biofunctionalization are proven by electron energy loss spectroscopy (EELS) and zeta potential measurements. In addition, the antigenicity of the antibodies on the NWs is tested by using immunoprecipitation and western blot. The specific targeting of the biofunctionalized NWs and their biocompatibility are studied by confocal microscopy and a cell viability assay.

In this work, we provide a protocol to biofunctionalize magnetic nanomaterials with antibodies for specific cell targeting. As examples, we utilize iron nanowires to target cancer cells.

Biofuncionalización de Nanomateriales Magnéticos

Magnetic nanomaterials have received great attention in different biomedical applications. Biofunctionalizing these nanomaterials with specific targeting ...