科学家开发“芯片胎盘”：模拟咖啡因从母亲到胎儿的传输

工程师们利用微流体技术制造了一种“芯片胎盘”，能模拟化合物从母亲传输给胎儿的过程。最新一期科学杂志《全球挑战》公布了上述研究成果，并详细描述了工程师们的芯片胎盘模型。

爱荷华州立大学(Iowa State University)机械工程副教授、该项目负责人尼科尔·哈什米(Nicole Hashemi)表示：“我对微流体技术很感兴趣，我很兴奋能利用这项技术来了解细胞环境和人体内发生的事情。我们观察了不同的器官，最终决定开发一个胎盘模型，因为对它的研究并不多。”

在怀孕期间，胎盘在妇女的子宫内发育。胎盘通过脐带为胎儿提供氧气和营养，并清除胎儿血液中的废物。

哈什米称，胎盘对人类健康的影响不大。由于胎盘具有暂时性，人类对它的研究并不多，相关实验结果也出现了许多存在分歧的情况。

哈什米是这项最新报告的作者，合著者是爱荷华州机械工程研究生佩马思拉卡（Rajeendra Pemathilaka）和阿乌卡（Saurabh Aykar）；前爱荷华州研究生，现佐治亚州理工学院研究生杰里米·卡普林；爱荷华州机械工程副教授蒙塔扎米（Reza Montazami）。

哈什米表示，他花了四年时间参与富有挑战性的工作，才想出这一可行的模型。

首先，工程师们必须设计微流体模型：该模型有两个微通道，高度仅为1亿分之1米，宽度仅为4亿分之1米。

然后他们必须弄清楚如何有效地在多孔的、生物相容的膜的两侧让细胞生长。这种膜将两个通道分开，其代表着胎盘绒毛组织与子宫血窦间的屏障。

最后，他们还必须找到合适的化合物参与测试，以便了解该化合物从母体到胎儿的运输过程。

工程师们决定在最初的研究中使用咖啡因。咖啡因与一个医学问题相关：当前医学界还不清楚孕妇摄入咖啡因对胎儿的影响。

世界卫生组织(World health Organization)等卫生部门建议孕妇在怀孕期间限制咖啡因的摄入。

对哈什米来说，这也是一个重要的问题。她解释称：“我会喝很多茶。”母亲饮茶或喝咖啡，其中的咖啡因会进入胎儿的血液吗？用模型进行的测试表明，其中一些咖啡因确实会进入胎儿的血液。

该论文称，工程师们将浓度为每毫升0.25毫克咖啡因液体引入模型的母体一侧1个小时，随后监测7.5小时内的变化。

在6个半小时的时候，母亲一侧的咖啡因浓度稳定在每毫升0.1513毫克；5个小时的时候，胎儿一侧的咖啡因浓度稳定在每毫升0.0033毫克。

哈什米表示，他们正与俄亥俄州立大学医学院的研究伙伴一起使用该芯片胎盘，以研究不同的药物通过胎盘屏障的情况。

她说，人们还对环境毒素如何从母亲传输给胎儿的问题抱有兴趣。未来的研究可能包括一些个性化的技术，也就是用来自母亲或胎儿的细胞调整模型，以帮助开出处方并确定剂量。

也许有一天，研究人员可以研究化学物质和化合物在通过胎盘运输后对单个细胞的影响。

哈什米表示：“我们正在尝试模拟真正的胎盘。现在我们有了这种芯片胎盘技术，我们可以借助它与相关项目的研究人员合作。”