Łożysko to złożony organ, który jest odpowiedzialny za wymianę tlenu, dwutlenku węgla, składników odżywczych i produktów przemiany materii, a jednocześnie jest w stanie utrzymać dwa obwody krwi matki i rozwijającego się płodu oddzielnie od siebie. Dodatkowo zapobiega odrzuceniu dziecka przez układ odpornościowy matki i wydziela hormony w celu utrzymania ciąży. Bariera komórkowa jest tworzona przez komórki cytotofoblastu, które łączą się i tworzą prawdziwe syncytium bez bocznych błon komórkowych 4,5. Całe łożysko jest zorganizowane w kilka liścieni, które zawierają jedno kosmkowe drzewo płodowe i reprezentują jedną jednostkę funkcjonalną łożyska.
Badania nad funkcją bariery łożyskowej zostały zintensyfikowane wraz z odkryciem wad rozwojowych wywołanych talidomidem w latach 60-tych. Z oczywistych względów badania translokacji u kobiet w ciąży nie mogą być wykonywane. W związku z tym opracowano różne modele alternatywne 6,7. Najbardziej obiecującym i prawdopodobnie najbardziej istotnym klinicznie modelem jest model ludzkiej perfuzji łożyska ex vivo opracowany przez Panigel i współpracowników 2,3.
Wiele kobiet jest narażonych na działanie różnych ksenobiotyków, takich jak leki lub zanieczyszczenia środowiska podczas ciąży 8. W przypadku niektórych leków, które były już regularnie podawane w czasie ciąży, można przeprowadzić badania in vivo, porównując stężenie we krwi matki ze stężeniem we krwi pępowinowej. Jednak ogólnie rzecz biorąc, dostępne są jedynie ograniczone informacje na temat farmakokinetyki i dynamiki u płodu oraz teratogenności tych substancji.
Na przykład opiaty, takie jak heroina, łatwo przenikają przez barierę łożyskową i mogą prowadzić do wewnątrzmacicznego zahamowania wzrostu, przedwczesnego porodu lub samoistnego poronienia 9,10. Tak więc w przypadku braku abstynencji w czasie ciąży zalecana jest terapia zastępcza metadonem. Model perfuzji łożyska u człowieka ex vivo wykazał, że przenikanie metadonu do krążenia płodowego jest znikome11, co dobrze koreluje z obliczonym stosunkiem stężenia krwi pępowinowej do stężenia we krwi matki po porodzie 12.
Nanotechnologia to rozwijająca się dziedzina, szczególnie w medycynie. Tak więc pod naturalnie występującymi drobnymi (< 2,5 μm średnicy) i ultradrobnymi cząstkami (< 0,1 μm średnicy) w oparach pożarów lasów, erupcjach wulkanów i pyle pustynnym wzrasta narażenie na zmodyfikowane nanomateriały (co najmniej jeden wymiar < 0,1 μm 13). W związku z tym pojawiły się pytania o toksykologiczny potencjał zmodyfikowanych nanomateriałów. Chociaż nie udało się jeszcze udowodnić zagrożenia dla ludzi, istnieją główne badania eksperymentalne wskazujące, że zmodyfikowane nanocząstki mogą powodować niekorzystne reakcje biologiczne prowadzące do skutków toksykologicznych 14. Ostatnio niektóre badania wykazały, że prenatalne narażenie na zanieczyszczenie powietrza wiąże się z większym zapotrzebowaniem na drogi oddechowe i stanem zapalnym dróg oddechowych u noworodków i dzieci 15,16. Ponadto małe nanocząstki mogą być stosowane jako nośniki leków w specyficznym leczeniu zarówno płodu, jak i matki. W związku z tym oczywiste staje się, że konieczne są szeroko zakrojone badania nad odrębnymi ksenobiotykami lub nanomateriałami i ich zdolnością do przekraczania bariery łożyskowej. Aktualny przegląd aktualnych badań nad przepuszczalnością łożyska dla nanomateriałów inżynieryjnych podsumowano w Menezes i wsp. 2011: 17 oraz Buerki-Thurnherr i in., 2012, 7.
Model ex vivo podwójnej recyrkulacji ludzkiego łożyska dostarcza kontrolowanego i niezawodnego systemu do badania transportu łożyskowego różnych endogennych i egzogennych związków 3,11,12,18,19 oraz szerokiego zakresu innych funkcji łożyska, takich jak mechanizmy odpowiedzialne za rozwój stanów patologicznych, takich jak stan przedrzucawkowy 20-22. W tym protokole skupiamy się głównie na konfiguracji, obsłudze i metodzie, które pozwalają na badanie akumulacji, efektów i szybkości translokacji szerokiego zestawu ksenobiotyków lub nanocząstek.