3Rs方法研究胎母界面:病原和抗体在三维体外人胎盘模型中的可视化

我们为什么要资助这个项目?

该奖项旨在开发一个三维人体胎盘微生理模型，使用微流体系统来代表胎母界面，以取代在感染和免疫研究中使用的怀孕哺乳动物。

胎盘是母亲和胎儿之间的界面，传递营养和清除废物。被动免疫通过抗体的转移传递给胎儿。一些病原体，如寨卡病毒，也会被转移。这些转移发生的潜在机制还不清楚。还有很多不同的方法，包括在体外，体外而且在活的有机体内方法，用于相关研究。在体外模型通常是二维的，不包括灌注体外模型是3D的，可以灌注，但只能持续几个小时，而且很难设置。怀孕的哺乳动物，包括小鼠、大鼠、兔子、猪和羊，通常被用于感染性研究，病原体被注射或摄入以诱导临床症状，或在疫苗研究中确定剂量。

该学生将使用市售的OrganoPlate系统开发胎盘的微观生理学模型。该模型将包括共同培养的人类内皮细胞和滋养层细胞(胎盘中的两种主要细胞类型)，并被灌注以创建一个3D微流体平台。OrganoPlate系统能够在高通量系统中实现实时成像，学生将使用该系统来调查母亲的被动免疫和疾病传播。他们将培养免疫组织化学和共聚焦显微镜的技能。

背景:怀孕期间的免疫接种现在被认为是保护胎儿和/或婴儿免受危及生命的感染的有效方法。然而，病原体传播和被动免疫从母亲转移到胎儿的机制仍然不清楚。位于母体和胎儿环境之间的结构是胎盘，这是一个复杂的器官，由细胞和血管网络组成，服务于肾、肺、肠和肝的功能，以促进胎儿生长和活力。由于与人类怀孕研究相关的伦理问题，各种各样的在活的有机体内，体外而且在体外模型已经开发出来了。然而,虽然在活的有机体内动物模型无法匹配人类胎盘的结构和/或功能属性，体外人体模型不切实际，难以建立，能力有限，而且在体外由于其单层和/或静态设置，模型缺乏生理相关性。

提出的解决方案:为了解决目前人类胎盘实验模型固有的缺陷，我们建议开发一种新颖且易于设置的模型在体外该平台将有助于减少和/或取代小鼠和非小鼠模型的使用。我们的模型将通过使用三维微流体生物工程平台(即Organoplate®(Mimetas))分析胎盘-血液屏障功能以及病原体和抗体的胎盘间转运来验证。

实验方法:滋养层代表胎盘最外层，在那里，营养物质、化学物质和气体的胎母交换被调节。在我们的工业合作伙伴的支持下，我们将开发一个前所未有的基于滋养层的微流体动力学模型，模拟胎母界面。这将使用商业化的成像友好的3线OrganoPlate®系统(Mimetas BV)来实现，我们将创建一个管状培养系统，模拟三维的准生理环境，在该环境中(胎儿)内皮细胞将暴露于生理水平的流量，并与内膜滋养层共培养，以形成功能性胎盘屏障。我们的平台将是独一无二的，因为它还将提供实时和高通量成像功能。

该项目的主要成果将包括:

• 开发重构人类胎盘功能单元的微生理学模型，并通过包括OOAC(芯片上器官)技术(MRC-Innovate UK)和i胎盘(Horizon 2020)在内的本地和国际网络和/或通过赞助的研讨会传播sop
• 提供体外平台提供了多功能性和高预测价值，以取代原本用于调查母亲被动免疫和垂直疾病传播的动物
• 建立抗体和病原体成像的最佳方法，以促进动态成像的广泛应用在体外成像。

3R的影响:一个直接的好处将是用于研究的实验动物数量有可能显著减少。我们的新平台可以专门用于感染性研究的体外替代品，在这些研究中，病原体被注射到宿主体内或被宿主摄取，以确定诱导临床症状所需的数量;感染生物学方面的研究，主要是提高我们对病原基本生物学、发病机制和宿主-病原相互作用的认识;药物试验和/或疫苗筛选，即以一定浓度给药以确定有效剂量。虽然临床药物和疫苗试验不太可能完全避免，但如果更相关的话，这些试验可以大大改进在体外测试是可能的。