Method Article
Aqui é apresentado um protocolo de perfusão vascular materno-fetal ex vivo para possibilitar a administração de um artigo de teste na vasculatura materna e avaliar a transferência placentária de partículas xenobióticas ou agentes farmacológicos, além de alterações na Fisiologia placentária.
A placenta é um órgão chave durante a gravidez que serve como uma barreira à exposição xenobióticos fetal e Medeia a troca de nutrientes para o desperdício. Um ensaio é descrito aqui para perfuse uma placenta isolada do rato e avalie o translocação materno-à-fetal de xenobióticos ex vivo. Além disso, a avaliação de processos fisiológicos como o fluxo de fluidos para o feto e o metabolismo placentário pode ser realizada com essa metodologia. Esta técnica é adequada para avaliar a cinética materno-fetal de candidatos farmacêuticos ou contaminantes ambientais. Em contraste com as abordagens alternativas atuais, esta metodologia permite a avaliação da vasculatura materna-fetal isolada, com o comprometimento neural ou imune sistêmico removido, permitindo que quaisquer alterações observadas na função fisiológica sejam atribuíveis a factores locais dentro do tecido isolado.
Ao manter a estrutura morfológica e a responsividade fisiológica, a perfusão de órgãos tem sido uma abordagem aceita baseada em sistema ou tecido para análise da função metabólica. Estas técnicas da perfusão permitem o exame ex vivo de respostas intactas do tecido a uma variedade de estímulos farmacológicos e mecânicos. A perfusão da placenta humana foi descrita inicialmente em 1958 para identificar os efeitos hormonais na atividade metabólica do ciclo do ácido cítrico; previamente identificados em homogeneatos teciduais, Troen e Gordon reconheceram a necessidade de esclarecer a atividade endócrina usando uma nova abordagem fisiológica1. Na mesma época, as estratégias de perfusão única (materno-fetal ou fetal-materna) foram descritas em grandes modelos animais2,3 e pequenos4 para compreender a transferência placentária de açúcares, sais e antipirinos. Técnicas in vivo e ex vivo de perfusão dupla (perfusão materna e fetal coordenada) foram descritas para caracterizar ainda mais a transferência placentária utilizando metodologias in vivo5 e ex vivo6, 7,8. Os avanços tecnológicos na microscopia eletrônica de transmissão e varredura permitiram aos pesquisadores verificar a integridade estrutural e funcional dos tecidos placentários humanos após a perfusão9.
Enquanto a perfusão de tecidos placentários humanos e cotiledôneas individuais é mais relevante, o rápido desenvolvimento de agentes farmacológicos e contaminantes ambientais requer o uso de um modelo de perfusão animal para a triagem precoce de xenobióticos transferência através da barreira placentária. Este método placentária da perfusão permite a avaliação da transferência através da barreira placentária usando a placenta mais facilmente atingível e fisiologicamente relevante do rato. Além, o fluxo fluido através da barreira placentária durante um período de tempo depois que uma exposição pode ser avaliada medindo o volume de perfusato que vem da artéria do cordão umbilical. Em virtude de permitir a perfusão placentária das circulações maternas e fetal, esta aproximação do órgão do duplo-fluxo pode ser vantajosa comparada às aproximações in vitro e in vivo atuais. Este método permite a administração de um xenobiótico através do aspecto materno a ser medido a partir de perfusato que emerge através da placenta através da veia umbilical, ou vice-versa. O protocolo aqui apresentado descreverá a transferência de poliestireno de 20 nm (um nanoplástico comum usado em alimentos e produtos médicos) da artéria uterina materna para o compartimento fetal e uma diminuição associada no fluxo de fluido através da placenta para ilustrar o uso desse método em múltiplos ajustes fisiológicos, farmacológicos e toxicológicos para avaliar a transferência placentária, o metabolismo e as alterações fisiológicas que afetam o fluxo materno e/ou fetal.
Todos os procedimentos experimentais foram aprovados pelo Comitê institucional de cuidados e uso de animais da Universidade Rutgers.
1. preparação antes do experimento
Observação: essas etapas podem ser executadas dentro de dias/semanas antes do experimento.
2. preparação da estação cirúrgica e equilibração do equipamento
3. colheita placental
4. perfusão placentária
5. experimento simulado
6. limpeza do equipamento
A Figura 5 mostra os experimentos de prova de princípio usando o corante azul de Evan, o que nos permite testar o sistema e visualizar a função de barreira fluida e placentária apropriada e evitar a transferência de contenção para o compartimento fetal. O corante azul de Evan atingiu e perfundidos o tecido da placenta dentro deste sistema (Figura 5a). Após a investigação, é evidente que o corante azul de Evan não entra na veia umbilical fetal (Figura 5b), o que é esperado como corante azul de Evan está ligado à albumina.
A Figura 6 mostra os dados para o experimento simulado descrito neste protocolo. Amostras de efluente da extremidade distal da artéria uterina e da veia umbilical fetal foram mensuradas em cada segmento de 10 minutos para avaliar o fluxo de fluido ao longo do tempo após a administração da dose de bolus na artéria uterina materna (Figura 6). Transferência fluida reduzida ao compartimento fetal dentro de 10 minutos depois que a infusão do poliestireno foi identificada. Para quantificar a transferência de poliestireno para o compartimento fetal durante o tempo de curso, quando ocorre, 25 μL do fluido perfundidos de cada ponto de tempo foi colocado em uma placa de 96 poços em duplicado para medir a fluorescência da amostra. A fluorescência foi determinada por leitura espectroscópica a 546/575 nm (ex/em) usando um leitor de microplacas fluorescentes. A transferência de poliestireno para o compartimento fetal ocorreu dentro de 10 minutos e atingiu o pico em 20 minutos e continuou por 90 minutos (Figura 6B).
Um subconjunto de tecidos placentária perfundidos foi conservado para A histopatologia e as avaliações morfológicas. Os tecidos eram formalin-fixos e hematoxilina e eosina manchados e revistos por um patologista veterinário certificado placa. Estes peritos não identificaram nenhuma anomalia estrutural nas placentas perfundidos por somente PSS, ou PSS com a dose do bolus do poliestireno RHODAMINE-etiquetado.
Figura 1: a câmara de vaso único modificada. (A) uma visão geral da câmara modificada. (B) uma imagem do close-up das agulhas Blunt-Tip fixadas dentro da câmara do vaso. A seta vermelha indica o grampo do termistor que foi alterado para prender as agulhas no lugar para o cannulation do cordão umbilical. (C) uma imagem representativa das quatro cânulas preparadas para a canulação tecidual. As setas vermelhas apontam para cada uma das quatro cânulas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: uma visão mais próxima da câmara de perfusão placentária. (A) isto representa a tubulação acoplada ao transdutor de pressão e canulados a artéria uterine materna proximal, ou o "Inflow". A pressão é ajustada a uma constante 80 mmHg como definido pela literatura. (B) isto representa a porta de dreno da câmara do superfusate que circunda o tecido placentária durante a perfusão. (C) isto representa o entrada da câmara do superfusate para banhar a placenta com o PSS aquecido durante a perfusão. (D) isto representa o porto uterine materno longe do ponto de origem onde o efluente da perfusão uterine pode ser coletado. (E) isto representa o porto da temperatura, onde a câmara do vaso pode ser unida a um termômetro e a um calefator para manter uma temperatura consistente durante todo o experimento. (F) isto representa o cannulation da artéria do cordão umbilical. A artéria umbilical é pressurizada a 50 mmHg para permitir o fluxo da contratual ao nível da placenta. (G) isso representa a coleta de efluente da veia umbilical. O fluido que flui em direção ao compartimento fetal durante a perfusão será coletado aqui. (H) este é o centro do sistema de perfusão, onde a placenta é canulada e mantida ao longo da perfusão. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: uma visão do sistema de perfusão placentária. ( A e B) o sistema de controle de pressão utilizado para monitorar e manter 80 mmHg de perfusato através da artéria uterina. (C) isso representa a termoregulação da câmara de perfusão. (D) microscópio. E) câmara de perfusão. (F) perfusão de artéria umbilical alimentada por gravidade definida em 50 mmHg. (G) uma bomba peristáltica usada para encher e drenar o superfusate placentária PSS. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: esquema do sistema de perfusão placentária. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: imagens representativas de experimentos de prova de princípio usando o corante azul de Evan. (A e B) prova-de-princípio que o azul de Evan perfuse o vasculature uterine, o músculo uterine, e a placenta mas não atravessará a barreira placentária devido à ligação da albumina. A seta verde indica a drenagem venosa azul da placenta de volta à circulação materna. A seta vermelha indica o efluente da veia umbilical em direção ao compartimento fetal. Observe a falta de corante azul. (C) uma imagem representativa de coleta de efluente drenante da veia umbilical. A seta vermelha indica a formação de queda antes da coleta. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: dados derivados do experimento simulado. Medições de fluorescência de nanomateriais de poliestireno rotulados com rodamina, normalizadas para fluorescência basal, através da coleta de (a) artéria uterina e (B) efluentes da veia umbilical fetal. Média normalizada para fluorescência basal ± erro padrão (SE). *: p < 0, 5 e T: p < 0,1 via análise de variância (ANOVA). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Este método da perfusão permite a avaliação rápida da barreira placentária e da função physiological da camada uterine do vasculatura e do trofoblasto. A canulação e a perfusão das extremidades proximal a distal da artéria uterina materna simulam a fisiologia do fluxo sanguíneo materno através desta grande embarcação responsável pelo envio de sangue para o feto em desenvolvimento. Esta metodologia permite a avaliação fisiológica da vasculatura materna, placentária e umbilical isolada e, portanto, alterações na fisiologia podem ser identificadas como patologia vascular; as inervação imunológica e neural são removidas no procedimento ex vivo. Para garantir uma avaliação adequada, é, portanto, fundamental canular estes vasos cuidadosamente para não criar quaisquer lágrimas ou perfurações nas paredes dos vasos, e para remover as bolhas de ar. Os êmbolos de gás podem causar danos à camada endotelial da vasculatura ou obstruir os vasos sanguíneos. Mantendo as conexões vasculares entre o útero, a placenta e o feto durante a dissecção, a avaliação do líquido e do translocação ao feto pode ser observada. Com a administração de um xenobiótico, neste caso o poliestireno de 20 nanômetro, a cinética à extremidade longe do ponto de origem da artéria uterine e através da placenta ao compartimento fetal podem ser avaliados pela análise dos efluentes sobre um curso do tempo de 180 minutos.
Quando um modelo da duplo-perfusão foi descrito e a transferência das partículas e do líquido do compartimento materno ao fetal foi monitorada neste artigo, as avaliações podem igualmente ser feitas no reverso do fetal ao compartimento materno. Uma limitação do método descrito aqui é que a veia uterina distal não foi canulada ou amostrado. Em estudos futuros, especialmente aqueles focados na transferência fetal-para-materna, será importante canular e amostra do vaso uterino distal. Os efluentes retirados deste experimento simulado foram utilizados para avaliar a transferência xenobiótica; no entanto, pode ser realizada uma ampla gama de avaliações relativas a funções endócrinas e placentárias moleculares ou nutrição fetal.
Os pontos fortes deste protocolo superam muito as suas limitações menores. A preparação mantém a estrutura fisiológica e a integridade de um órgão inteiro para avaliar as condições experimentais. A perfusão placentária ex vivo é uma progressão científica da exposição de animais in vitro à base celular para determinar adequadamente a avaliação do risco reprodutivo. Isso pode ser considerado uma técnica valiosa para estudos avaliando a disposição farmacológica da medicina placentária, a farmacocinética, a toxicologia, a fisiologia e a medicina materno-fetal.
Os autores não têm nada a revelar.
Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de Ciências da saúde ambiental (r00-ES024783), centro de Rutgers para exposições ambientais e doença (p30-ES005022), e programa de pós-graduação conjunta Rutgers em toxicologia (T32-ES007148). Gostaríamos também de agradecer aos Drs. Michael Goedken, Marianne Polunas, e Pedro Louro por sua expertise técnica e Dr. Adam goodwill por sua ajuda na concepção do nosso esquema de perfusão (Figura 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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