On présente ici un protocole de perfusion vasculaire fœtale ex vivo pour permettre l’administration d’un article d’essai dans la vascularisation maternelle et pour évaluer le transfert placentaire de particules xénobiotiques ou d’agents pharmacologiques en plus des altérations de physiologie placentaire.
Le placenta est un organe clé pendant la grossesse qui sert de barrière à l’exposition xénobiotique fœtale et médie l’échange de nutriments pour les déchets. On décrit ici un dosage pour perfuser un placenta isolé de rat et pour évaluer la translocation maternelle à fœtale des xénobiotiques ex vivo. En outre, l’évaluation des processus physiologiques tels que le flux de fluide vers le fœtus et le métabolisme placentaire peut être effectuée avec cette méthodologie. Cette technique est adaptée à l’évaluation de la cinétique maternelle à fœtale des candidats pharmaceutiques ou des contaminants environnementaux. Contrairement aux approches alternatives actuelles, cette méthodologie permet l’évaluation de la vascularisation maternelle-fœtale isolée, avec l’implication systémique neuronale ou immunitaire enlevée, permettant à tous les changements observés dans la fonction physiologique d’être attribuable aux facteurs locaux dans le tissu isolé.
En conservant la structure morphologique et la réactivité physiologique, la perfusion d’organe a été une approche acceptée du système ou du tissu pour l’analyse de la fonction métabolique. Ces techniques de perfusion permettent l’examen ex vivo des réponses tissulaires intactes à une variété de stimuli pharmacologiques et mécaniques. La perfusion de placenta humain a été décrite initialement en 1958 pour identifier les effets hormonaux sur l’activité métabolique du cycle de l’acide citrique; ayant déjà été identifiés dans des homotrates tissulaires, Troen et Gordon ont reconnu la nécessité de clarifier l’activité endocrinienne à l’aide d’une nouvelle approche physiologique1. Dans la même période, des stratégies de perfusion unique (maternelle à fœtale ou fœtale à maternelle) ont été décrites dans les grands modèles2,3 et4 petits animaux pour comprendre le transfert placentaire des sucres, des sels et des médicaments antipyrine. On a décrit les techniques in vivo et ex vivo de double perfusion (coordination maternelle et fœtale) pour caractériser davantage le transfert placentaire en utilisant les méthodologies in vivo5 et ex vivo6,7,8 . Les progrès technologiques en microscopie électronique par transmission et par balayage ont permis aux chercheurs de vérifier l’intégrité structurelle et fonctionnelle des tissus placentaires humains après perfusion9.
Bien que la perfusion des tissus placentaires humains et du cotylédon individuel soit la plus pertinente, le développement rapide d’agents pharmacologiques et de contaminants environnementaux nécessite l’utilisation d’un modèle de perfusion animale pour le dépistage précoce des transfert à travers la barrière placentaire. Cette méthode de perfusion placentaire permet l’évaluation du transfert à travers la barrière placentaire à l’aide d’un placenta de rat plus facilement réalisable et physiologiquement pertinent. En outre, le débit de fluide à travers la barrière placentaire sur une période de temps après une exposition peut être évalué en mesurant le volume de perfusat provenant de l’artère ombilicale. En raison de la perfusion placentaire des circulations maternelles et fœtales, cette approche à double flux d’organes entiers peut être avantageuse par rapport aux approches in vitro et in vivo actuelles. Cette méthode permet l’administration d’un xénobiotique par l’aspect maternel à mesurer à partir du perfusat qui émerge à travers le placenta à travers la veine ombilicale, ou inversement. Le protocole présenté ici décrira le transfert du polystyrène de 20 nm (un nanoplastique commun utilisé dans les aliments et les produits médicaux) de l’artère utérine maternelle au compartiment fœtal et une diminution associée du débit de fluide à travers le placenta pour illustrer l’utilisation de cette méthode dans de multiples paramètres physiologiques, pharmacologiques et toxicologiques pour évaluer le transfert placentaire, le métabolisme et les altérations physiologiques affectant le flux maternel et/ou fœtal.
Toutes les procédures expérimentales ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’Université Rutgers.
1. préparation avant l’expérimentation
Remarque: ces étapes peuvent être effectuées dans les jours/semaines précédant l’expérience.
2. préparation de la station chirurgicale et équilibration de l’équipement
3. récolte placentaire
4. perfusion placentaire
5. simulation d’expérience
6. nettoyage de l’équipement
La figure 5 montre les expériences de la preuve de principe utilisant le colorant bleu d’Evan, nous permettant de tester le système et de visualiser la fonction de barrière fluide et placentaire appropriée et d’empêcher le transfert de confinement dans le compartiment fœtal. Le colorant bleu d’Evan a atteint et perfusés le tissu du placenta dans ce système (figure 5A). Après une enquête plus approfondie, il est clair que le colorant bleu d’Evan n’est pas entré dans la veine ombilicale fœtale (figure 5B), ce qui est attendu que le colorant bleu d’Evan est lié à l’albumine.
La figure 6 montre les données pour l’expérience fictive décrite dans ce protocole. Des échantillons d’effluents provenant de l’extrémité distale de l’artère utérine et de la veine ombilical fœtale ont été mesurés à chaque segment de 10 minutes pour évaluer le débit du fluide au fil du temps après l’administration de la dose de bolus à l’artère utérine maternelle (figure 6). Réduction du transfert de liquide dans le compartiment fœtal dans les 10 minutes suivant l’identification de la perfusion de polystyrène. Pour quantifier le transfert de polystyrène dans le compartiment fœtal pendant la période de temps où il se produit, 25 μL du fluide perfusés de chaque point de temps a été placé dans une plaque de puits 96 en double pour mesurer la fluorescence de l’échantillon. La fluorescence a été déterminée par une lecture spectroscopique à 546/575 nm (ex/EM) à l’aide d’un lecteur de microplaques fluorescentes. Le transfert de polystyrène dans le compartiment fœtal s’est produit dans les 10 minutes et a culminé à 20 minutes et s’est poursuivi pendant 90 minutes (figure 6B).
Un sous-ensemble de tissus placentaires perfusés a été sauvé pour l’histopathologie et les évaluations morphologiques. Les tissus étaient de forme fixe et l’hématoxyline et l’éosine ont été colorés et examinés par un pathologiste vétérinaire certifié par un Conseil d’administration. Ces experts n’ont identifié aucune anomalie structurale dans les placentas perfusés par seulement PSS, ou PSS avec la dose de bolus de polystyrène étiqueté rhodamine.
Figure 1: la chambre à un seul récipient modifiée. A) une vue d’ensemble de la chambre modifiée. Bune image rapprochée des aiguilles à bout pointu fixées dans la chambre du navire. La flèche rouge indique le clip de thermistance qui a été modifié pour tenir les aiguilles en place pour la canulation ombilicale. Cune image représentative des quatre canules préparées pour la canulation tissulaire. Les flèches rouges pointent sur chacune des quatre canules. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2: une vue plus rapprochée de la chambre de perfusion placentaire. (A) Ceci représente la tubulure attachée au transducteur de pression et canule l’artère utérine maternelle proximale, ou «l’influx». La pression est réglée sur une constante 80 mmHg telle que définie par la littérature. (B) Ceci représente le port de vidange de la chambre du superfusat entourant le tissu placentaire pendant la perfusion. (C) Ceci représente l’afflux de chambre du superfusat pour baigner le placenta avec le PSS réchauffé pendant la perfusion. (D) Ceci représente le port utérin distal de la mère où les effluents de la perfusion utérine peuvent être collectés. (E) Ceci représente le port de température, où la chambre du récipient peut être attachée à un thermomètre et à un chauffe-eau pour maintenir une température constante tout au long de l’expérience. (F) cela représente la canulation de l’artère ombilicale. L’artère ombilicale est pressurisée à 50 mmHg pour permettre le flux de contre-courant au niveau du placenta. G) cela représente la collecte des effluents des veines ombilicales. Le liquide qui coule vers le compartiment fœtal pendant la perfusion sera collecté ici. (H) c’est le centre du système de perfusion, où le placenta est canulé et maintenu pendant toute la perfusion. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3: vue du système de perfusion placentaire. (A et B) le système de contrôle de la pression utilisé pour surveiller et maintenir 80 mmHg de perfusat par l’artère utérine. C) cela représente la thermorégulation de la chambre de perfusion. D) microscope. E) chambre de perfusion. F) perfusion d’artère ombilicale alimentée par gravité fixée à 50 mmHg. (G) une pompe péristaltique utilisée pour remplir et drainer le PSS superfusé placentaire. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4: schéma du système de perfusion placentaire. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 5: images représentatives d’expériences de preuve de principe utilisant le colorant bleu d’Evan. (A et B) preuve de principe que le bleu d’Evan perfuser la vasculature utérine, le muscle utérin et le placenta, mais ne traversera pas la barrière placentaire en raison de la liaison de l’albumine. La flèche verte indique le drainage veineux bleu du placenta de retour à la circulation maternelle. La flèche rouge indique l’effluent de la veine ombilical vers le compartiment fœtal. Notez l’absence de colorant bleu. C) une image représentative de la collecte des effluents drainant de la veine ombilical. La flèche rouge indique la formation de chute avant la collecte. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 6: données dérivées de l’expérience fictive. Mesures de fluorescence des nanomatériaux de polystyrène étiquetés en rhodamine, normalisés à la fluorescence de base, par la collecte de (A) l’artère utérine et (B) les effluents des veines ombilicales fœtales. Moyenne normalisée à la fluorescence de base ± erreur standard (SE). *: p < 0,05 et T: p < 0,1 par analyse de variance (ANOVA). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Cette méthode de perfusion permet une évaluation rapide de la barrière placentaire et de la fonction physiologique du vascularisation utérin et de la couche trophoblastique. La canulation et la perfusion des extrémités proximale à distale de l’artère utérine maternelle simulant la physiologie du flux sanguin maternel à travers ce grand vaisseau responsable de l’envoi du sang au fœtus en développement. Cette méthodologie permet l’évaluation physiologique de la vascularisation maternelle, placentaire et ombilicale isolée et, par conséquent, les changements de physiologie peuvent être identifiés comme Pathologie vasculaire; les innervations immunitaires et neuronales sont éliminées dans la procédure ex vivo. Pour assurer une évaluation appropriée, il est donc essentiel de cannuler ces vaisseaux avec précaution afin de ne pas créer de larmes ou de perforations dans les parois du vaisseau et d’enlever les bulles d’air. L’embolie gazeuse peut endommager la couche endothéliale de la vascularisation ou obstruer les vaisseaux sanguins. En maintenant les connexions vasculaires entre l’utérus, le placenta et le fœtus pendant la dissection, l’évaluation du liquide et de la translocation au fœtus peut être observée. Avec l’administration d’un xénobiotique, dans ce cas, le polystyrène à 20 nm, la cinétique à l’extrémité distale de l’artère utérine et par le placenta au compartiment fœtal peut être évaluée par l’analyse des effluents sur un cours de temps de 180 minutes.
Alors qu’un modèle à double perfusion a été décrit et que le transfert de particules et de fluides de la mère au compartiment fœtal a été contrôlé dans cet article, des évaluations peuvent également être effectuées à l’envers du fœtus jusqu’au compartiment maternel. Une des limitations de la méthode décrite ici est que la veine utérine distale n’a pas été cannulée ou échantillonnée. Dans les études futures, en particulier celles axées sur le transfert fœtal à maternel, il sera important de cannuler et d’échantillonner le vaisseau utérin distal. Les effluents prélevés dans ce simulacre d’expérimentation ont été utilisés pour évaluer le transfert xénobiotique; Cependant, un large éventail d’évaluations se rapportant aux fonctions placentaires endocriniennes et moléculaires ou à la nutrition fœtale peut être effectuée.
Les points forts de ce protocole dépassent de loin ses limitations mineures. La préparation maintient la structure physiologique et l’intégrité d’un organe entier pour évaluer les conditions expérimentales. La perfusion placentaire ex vivo est une progression scientifique de l’exposition in vitro à l’animal entier à base cellulaire pour déterminer correctement l’évaluation du risque de reproduction. Cela peut être considéré comme une technique précieuse pour les études évaluant la disposition pharmacologique placentaire de médicaments, la pharmacocinétique, la toxicologie, la physiologie, et la médecine maternelle-fœtale.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été appuyé par l’Institut national des sciences de la santé de l’environnement (R00-ES024783), le centre Rutgers pour les expositions et les maladies environnementales (ES005022), et le programme conjoint d’études supérieures de Rutgers en toxicologie (s-ES007148). Nous aimerions également remercier les Drs Michael Goedken, Marianne Polunas et Pedro Louro pour leur expertise technique et le Dr Adam goodwill pour son aide à la conception de notre schéma de perfusion (figure 5).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Black braided silk non-absorbable surgical suture non-sterile | Surgical Specialties Look | AACO805 | |
Fine forceps | FST by Dumont Switzerland | 11252-20 | |
Fine scissors | FST by Dumont Switzerland | 14060-10 | |
Glass cannula pack | Living Systems Instrumentation (LSI) | GCP-75-100 | |
Microcentrifuge Tubes 2.0mL polypropylene graduated tube with locking lid MIXED | Fisherbrand | 02-681-299 | |
Non-serrated fine curved micro serrefine clamps | InterFocus | 18052-03 | |
Perfusate pump | ISMATEC | ISM795C | |
Pressure monitor | Living Systems Instrumentation (LSI) | Mode PM-4 | |
Self-heating single vessel chamber | Living Systems Instrumentation (LSI) | CH-1 | |
Servo Pump | Living Systems Instrumentation (LSI) | ModelPS-200-P | |
Stainless steel blunt needle 23 gauge | Component Supply Co. | 04651-01 | |
Stainless steel blunt needle 25 gauge | Component Supply Co. | 07116-01 | |
STERILE Nylon Suture | AROSurgical Instruments Corporation | T04A00N07-13 | |
Stopcock | Sedation Resource | 6-205-04 | |
Temperature Controller | Living Systems Instrumentation (LSI) | Model TC-09S |
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