芯片上的胎盘:微传感器模拟子宫内的疟疾，以开发治疗方法

疟疾是最严重的公共卫生问题之一，2015年全球有2.12亿人受到影响。这种威胁生命的疾病是由寄生虫引起的，寄生虫通过受感染的雌性按蚊叮咬传播给人类。虽然疟疾通常不能在子宫内从母亲传染给婴儿，但两者都可能受到影响，因为感染疟疾的红细胞粘附在胎盘的血管上，每年导致约1万名产妇和20万名新生儿死亡。受灾最严重的是发展中国家和亚热带国家，尤其是撒哈拉以南非洲地区。

通过将微生物学与工程技术相结合，佛罗里达大西洋大学的研究人员正在开发一种首个3D模型，该模型使用单个微流控传感芯片来研究疟疾感染胎盘以及其他胎盘相关疾病和病理中发生的复杂过程。他们已经从美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)获得了为期两年、价值40万美元的资助，用于开发这项技术，该技术将模拟胎盘疟疾的微环境，特别是母胎界面。

“由于伦理原因和可及性，在自然形式或原位形式下研究人类胎盘的生物学存在许多挑战，”该基金的首席研究员、FAU工程与计算机科学学院海洋与机械工程系助理教授Sarah Du博士说。“这就是为什么我们非常需要一种可用于研究目的的胎盘模型。”

在疟疾中，寄生虫在蚊子叮咬时被释放到血液中并感染肝脏细胞。然后它们在肝细胞中繁殖，破裂，导致成千上万的新寄生虫进入血液并感染红细胞。它们在红细胞中再次繁殖，破坏它们，然后继续破坏其他未感染的血细胞。最危险的疟疾形式是恶性疟原虫。如果不及时治疗，感染这种疾病的人可能会死亡。

杜和她的导师兼首席研究员安德鲁·奥莱尼科夫博士，FAU查尔斯·e·施密特医学院生物医学副教授，一起提出了使用嵌入式微传感器开发胎盘芯片设备的想法。他们正在设计这个装置，以提供实时监测血管细胞的健康状况和营养循环，跨越母亲和胎儿之间的屏障，并在影响疟疾寄生虫看看它对各种药物治疗的反应。

胎盘芯片将能够在体外模拟实际的血液流动，并模拟疟疾感染胎盘在这种流动条件下的微环境。研究人员将能够仔细检查受感染的红细胞与胎盘血管相互作用的过程，并确定干预措施，逆转胎盘组织中发现的寄生虫感染的红细胞粘附。

“我们希望将对人类疾病的了解推进到单细胞水平，并最终开发出新的治疗方法来对抗像疟疾这样的毁灭性疾病，”Oleinikov说。“自2004年以来，我一直在研究包括疟疾在内的传染病，并对研究女性感染疟疾时发生的细胞和病理事件产生了兴趣，特别是在母亲和胎儿最脆弱的第一次怀孕期间。”

第一年的研究重点是疟疾对母亲的影响，第二年的研究重点是疟疾对胎儿的影响。由FAU工程与计算机科学学院开发的微流体技术将生产微型设备，使研究人员能够更近距离地观察细胞及其在感染疟疾之前、期间和之后的相互作用。

FAU海洋与机械工程系教授兼系主任Javad Hashemi博士说:“汇集来自不同学科的杰出科学家对于推进研究以及改善全球人民的生活质量至关重要。”“在国家卫生研究院的资助下。杜和奥莱尼科夫将能够继续开发这个重要的传感平台。他们的努力将有助于揭示胎盘的分子细节疟疾病理学和其他胎盘病理学的最终目标是减轻和预防传染病的传播。”