Во время своего развития плод крайне восприимчив к токсическим веществам. Даже самые маленькие дозы могут нанести серьезный ущерб. Чтобы защитить будущего ребенка, одна из задач плаценты — действовать как барьер для «отфильтровывания» вредных веществ, в то же время обеспечивая плод необходимыми питательными веществами.
В последние годы, однако, появляется все больше свидетельств того, что плацентарный барьер не эффективен на 100% и что наночастицы действительно способны проникать через него.Нано-частицы используются во все более разнообразных сферах нашей жизни. Их используют, например, в солнцезащитных кремах для защиты от солнечных ожогов; они используются в приправах, чтобы не допустить образования комков; они используются, чтобы сделать верхнюю одежду водонепроницаемой, и они, вероятно, будут использоваться в будущем для транспортировки лекарств в их законные места назначения в организме. «В настоящее время беременные женщины не подвергаются воздействию проблемных количеств наночастиц, но в будущем это вполне может произойти из-за постоянно растущего использования этих крошечных частиц», — предполагает Тина Буэрки из «Отделения биологии частиц».
Взаимодействия ".Чтобы гарантировать безопасное развитие наночастиц в самых различных областях применения, необходимо более внимательно изучить механизм их абсорбции на плацентарном барьере и их влияние на мать, плод и саму плаценту. Именно размер, заряд, химический состав и форма наночастиц могут повлиять на то, действительно ли они проникают через плацентарный барьер, и если да, то каким образом они могут это сделать.
Однако на данный момент это исследование находится в зачаточном состоянии. Поскольку функция и структура плаценты человека уникальны, исследования, проводимые на беременных млекопитающих, проблематичны и часто неубедительны.
Традиционные модели плацентарного барьера человека либо требуют очень много времени, либо чрезвычайно упрощены.3D-модель плацентарного барьера человека
Подобные исследования лучше всего проводить на донорской плаценте, которая становится доступной после родов путем кесарева сечения. Органы максимально быстро подключаются к перфузионной системе, что обеспечивает снабжение тканей питательными веществами и кислородом. Эта модель действительно является наиболее точной, т.е. наиболее клинически актуальной. Однако это очень сложно с технической точки зрения и, кроме того, ограничено временным окном перфузии от шести до восьми часов.
Напротив, такие плаценты можно использовать для надежного тестирования способности любой данной наночастицы проникать через плацентарный барьер. Однако модель не дает никакой информации о механизме, с помощью которого частица проникает в этот сложный орган.
Поэтому исследователи склонны прибегать к использованию простых культур клеток и других систем моделирования. Отдельная клетка, взятая из эпителия и впоследствии культивированная и размноженная в чашке Петри, идеально подходит для целого ряда различных экспериментов. Однако исследователи не могут быть уверены, что клетки в чашке Петри в конечном итоге будут вести себя так же, как клетки человеческого тела. Новая модель, которую команда Empa под руководством Тины Буэрки описала в научном журнале «Nanoscale» в конце прошлого года, напротив, является трехмерной и состоит из более чем одного типа клеток.
Клетки существуют в тканеподобной среде, аналогичной плаценте, и над ними можно экспериментировать в течение более длительного периода времени.Кандидат в золотой тестДля создания модели исследовательская группа использовала технологию «висящей капли», разработанную Insphero AG. Эта технология позволяет создавать модели без «строительных лесов», которые могут препятствовать свободному доступу наночастиц к клеткам при последующих транспортных тестах.
Вместо того, чтобы помещать клетки в плоскую чашку Петри, используется специальное устройство, в котором клетки в свисающих каплях объединяются, образуя сферическую микроткань. Получающаяся в результате микроткань гораздо больше имитирует человеческую плаценту, чем клетки, культивируемые на «жесткой» культуральной чашке. Эксперименты можно проводить намного быстрее с использованием 3D-модели, чем с реальной плацентой, и, что очень важно, с самыми разными типами наночастиц.
Таким образом, те наночастицы, которые проявляют потенциально токсические эффекты или демонстрируют желаемое транспортное поведение, могут быть эффективно предварительно отобраны, а результаты проверены с использованием реальной плаценты.Модель уже зарекомендовала себя во втором исследовании, которое команда только что опубликовала в научном журнале Nanomedicine.
Команда Буэрки придумала механизм поглощения золотых частиц, который можно использовать в различных медицинских целях. Команда Empa изучила частицы золота разного размера и с различными модификациями поверхности. В соответствии с результатами других исследований, исследователи обнаружили, что мелкие частицы золота легче проникают через плацентарный барьер.
Кроме того, через барьер проходит меньше частиц, если они несут на своей поверхности полиэтиленгликоль (ПЭГ). Это цепочечные молекулы, которые почти полностью покрывают частицы. ПЭГ часто используется в медицине, чтобы частицы и другие мелкие структуры перемещались по телу «инкогнито», предотвращая их идентификацию и удаление иммунной системой. «Таким образом, представляется возможным контролировать движение наночастиц через плаценту с помощью их свойств», — объясняет Буэрки.
Лекарства для беременных, не наносящие вреда ребенкуИсследовательская группа Empa намерена и дальше развивать эту 3D-модель в будущем. Команда надеется дополнить модель динамическим компонентом.
Это, например, означало бы введение микроткани в микрожидкостную систему, способную имитировать кровообращение у матери и ребенка. Другой подход — объединить модель плаценты с другими моделями. «Например, на модели плода», — предлагает Буэрки. Таким образом, можно было бы также включить сложные взаимодействия органов, и было бы возможно, например, обнаружить, выделяет ли плацента вредные для плода вещества в качестве реакции на определенные наночастицы.
«Этими исследованиями мы надеемся заложить основы безопасного, но, тем не менее, эффективного использования нанолекарств во время беременности», — продолжила Буэрки. Если мы достаточно хорошо поймем механизмы транспорта наноматериалов через плацентарный барьер, мы считаем, что сможем разработать новые системы-носители для терапевтических агентов, которые можно будет безопасно вводить беременным женщинам. Это связано с тем, что многие женщины вынуждены принимать лекарства даже во время беременности — например, пациенты, страдающие эпилепсией или диабетом, или пациенты, которые заразились опасными для жизни инфекциями.
Необходимо выбирать наноносители, не способные проникать через плацентарный барьер. Также возможно, например, снабдить такие носители «адресными этикетками», которые гарантируют, что челнок с лекарством будет доставлен к нужному органу, то есть к больному органу, и не сможет проникнуть через плаценту.
Это позволит высвободить лекарство в первую очередь в мать. Следовательно, количество, усваиваемое плодом или эмбрионом, и, следовательно, риск для будущего ребенка значительно снижается.