Découvrez le Secret Fascinant du Rôle et du Fonctionnement de la Barrière Fœto-Placentaire

Introduction

Le placenta est un organe temporaire vital qui se forme pendant la grossesse. Il sert d'interface entre la mère et le fœtus, facilitant l'échange de gaz, de nutriments et de déchets. La barrière fœto-placentaire, une composante essentielle du placenta, joue un rôle crucial dans la protection du fœtus tout en assurant son développement sain. Cet article explore en profondeur le développement, la structure, la fonction et les implications cliniques de la barrière fœto-placentaire.

Physiologie et développement placentaires

La physiologie placentaire est essentielle pour comprendre comment le placenta soutient la vie embryonnaire et fœtale. En vous penchant sur son développement et sa structure, vous découvrirez comment ce précieux organe fonctionne.

Étapes du développement placentaire

Le développement du placenta est vital depuis la conception jusqu'à l'accouchement. Voici les principales étapes :

Blastocyste : Peu après la fécondation, une masse cellulaire appelée blastocyste se forme.
Implantation : Le blastocyste s'attache à l'endomètre de l'utérus, s'intégrant dans les tissus maternels.
Formation des villosités chorioniques : Ces structures ramifiées émergent pour optimiser l'échange de nutriments et de gaz entre la mère et l'embryon.
Remodelage vasculaire : Les artères spiralées de l'utérus s'adaptent pour faciliter un flux sanguin adéquat vers le placenta.
Établissement de la circulation fœto-maternelle : Les réseaux sanguins fœtaux et maternels s'interfacent pour favoriser les échanges essentiels.

Un exemple de l'importance du placenta est l'apport d'oxygène au fœtus. Le placenta transporte efficacement l'oxygène de la circulation maternelle jusqu'au réseau fœtal.

Une curiosité fascinante concerne la manière dont le placenta évite les réactions immunitaires. Grâce à des mécanismes complexes, il protège le fœtus des attaques du système immunitaire maternel, créant un environnement sûr pour le développement.

Structure placentaire et sa composition

Le placenta est composé de plusieurs structures et tissus spécialisés qui assurent ses fonctions multiples :

Amnios : La couche protectrice entourant le liquide amniotique et le fœtus.
Chorion : Il forme la membrane externe qui, avec l'amnios, constitue les membranes fœtales.
Villités chorioniques : Ces projections augmentent la surface d'échange entre le sang maternel et fœtal.
Syncytiotrophoblaste : Une couche superficielle de cellules qui envahit l'endomètre pour établir la connexion maternelle.
Stroma placentaire : Un tissu conjonctif riche en cellules et en vaisseaux sanguins s'étendant à travers le placenta.

Ces composants interagissent pour offrir un environnement optimal pour le développement embryonnaire et fœtal, garantissant la réussite de la grossesse. Les cellules trophoblastiques jouent un rôle majeur dans l'évolution du placenta et assurent son interface avec l'utérus maternel.

Fonction du placenta dans la physiologie placentaire

Le placenta joue des rôles cruciaux durant la grossesse, facilitant les échanges entre la mère et le fœtus. Comprendre comment il fonctionne est essentiel pour saisir sa contribution au développement fœtal.

Circulation foeto-placentaire

La circulation foeto-placentaire est un réseau complexe qui permet au sang oxygéné et riche en nutriments de nourrir le fœtus. Elle comprend :

Les artères ombilicales : Transportent le sang appauvri en oxygène du fœtus vers le placenta.
La veine ombilicale : Rapporte du placenta le sang enrichi en oxygène et en nutriments vers le fœtus.
Les villosités chorioniques : Servent d'interface pour l'échange de substances entre les sangs maternel et fœtal. Les échanges au niveau du placenta n'ont pas lieu directement par contact sanguin mais par diffusion, assurée par la fine barrière formée par les cellules placentaires.

Un bon exemple de ce système est la manière dont les déchets métaboliques du fœtus, comme le dioxyde de carbone, sont envoyés vers le sang maternel pour être éliminés. La veine ombilicale est unique car elle est l'un des rares vaisseaux sanguins veineux à transporter du sang riche en oxygène.

Échange placentaire physiologique et pathologique

L'échange placentaire est un processus critique impliquant le transfert de nutriments, d'oxygène et de déchets entre la mère et le fœtus. En plus des fonctions normales (physiologiques), certains échanges peuvent devenir pathologiques, affectant la santé maternelle et fœtale.

Physiologique : Inclut la diffusion de l'oxygène, le passage des nutriments essentiels et de petites quantités d'anticorps maternels.
Pathologique : Peut être causé par des anomalies placentaires ou des conditions maternelles, entraînant des complications comme le retard de croissance intra-utérin (RCIU). Certains médicaments et infections peuvent également traverser le placenta et impacter le développement fœtal.

D'un point de vue pathologique, certaines pathologies comme le diabète gestationnel peuvent altérer les fonctions placentaires, perturbant ainsi les échanges normaux. Cela peut conduire à des complications variées, nécessitant une surveillance médicale rigoureuse tout au long de la grossesse.

Barrière placentaire : rôle et mécanismes de protection

La barrière placentaire joue un rôle crucial en tant que ligne de défense principale entre la mère et le fœtus. Elle assure l'échange de nutriments tout en protégeant le fœtus des substances nocives.

Mécanismes de protection de la barrière placentaire

La barrière placentaire est essentielle pour maintenir un environnement sain pour le fœtus. Voici comment elle s'assure de filtrer les éléments indésirables :

Épaisseur cellulaire : Les cellules trophoblastiques forment une couche protectrice qui filtre les substances qui peuvent atteindre le fœtus.
Sélectivité des échanges : Seules les petites molécules, comme les nutriments et l'oxygène nécessaires, peuvent traverser directement.
Sécrétion d'hormones : Le placenta sécrète des hormones pour aider à réguler la santé fœtale et maternelle.
Protection immunologique : Empêche le passage de la plupart des particules immunogènes qui pourraient attaquer le fœtus.

Malgré ces mécanismes, certains agents pathogènes ou substances telles que l'alcool peuvent malheureusement traverser la barrière. Un exemple de la robustesse de la barrière placentaire est sa capacité à bloquer la plupart des grosses molécules et virus, ce qui protège le développement du fœtus.

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Dans certaines situations pathologiques, comme l'infection par le virus de la rubéole, la barrière placentaire peut être compromise. Cela provoque des complications congénitales graves, soulignant l'importance de la vaccination prénatale pour préserver l'intégrité de la barrière. Les substances liposolubles telles que l'alcool traversent plus facilement la barrière placentaire, ce qui peut entraîner des effets délétères sur le fœtus.

Composition de la barrière placentaire

À partir de dix semaines post-conception, les sangs maternel et foetal sont séparés par la « barrière placentaire » constituée par l’endothélium des capillaires fœtaux, le mésenchyme qui les entoure et le trophoblaste (cytotrophoblaste en couche discontinue en fin de grossesse et syncytiotrophoblaste). Ces circulations se juxtaposent sans jamais se mélanger et définissent le type hémochorial à trophoblaste villeux du placenta humain. A partir de ce terme de la grossesse, les médicaments contenus dans la circulation maternelle doivent traverser cette « barrière » avant d’atteindre la circulation fœtale.

Mécanismes de transfert à travers la barrière placentaire

Le passage des médicaments à travers les membranes s’effectue grâce à différents mécanismes : le transfert passif, la diffusion facilitée, le transport actif, la phagocytose et la pinocytose. La pinocytose et la phagocytose représentent un mode de transfert tout à fait minoritaire pour les médicaments, et la diffusion facilitée n’est que très peu utilisée. Cette diffusion est médiée par un transporteur mais ne nécessite pas d’énergie. Le transfert médicamenteux est donc effectué en fonction de son gradient de concentration, et peut être inhibé par des analogues structuraux. La diffusion passive ne nécessite pas d’énergie, n’est pas saturable et n’est pas sujette à l’inhibition compétitive. Quand les produits traversent le placenta de façon passive, leur passage est fonction de leur concentration dans la circulation maternelle, de leurs propriétés physico-chimiques et des propriétés du placenta. La fixation des médicaments aux protéines plasmatiques limite leur diffusion. Le taux de transfert d’une molécule à travers une membrane par diffusion passive est directement lié à l’aire de la surface d’échange, l’épaisseur de la membrane et du flux sanguin irriguant la membrane [5]. La distribution du sang maternel dans le placenta est un premier pas pour le transfert d’une molécule et est fonction du flux sanguin utérin et de la perméabilité de la membrane placentaire. Toute condition qui restreint le débit utérin maternel aura des répercussions sur le passage des médicaments.

Modifications histologiques : la combinaison de l’augmentation de la surface d’échange et la diminution de l’épaisseur de la barrière placentaire durant la grossesse assure les besoins nutritionnels et énergétiques croissants du fœtus. La moyenne de la surface d’échange (c’est à dire la surface villositaire) varie de 3,4m2 à 28 semaines de grossesse à 12.6m2 à terme [5]. Débit sanguin : à terme, le sang entre dans les espaces intervilleux par cent artères spiralées. Protéines plasmatiques : les concentrations maternelles d’α1-glycoprotéine acide sont relativement constantes durant la grossesse, alors que le taux fœtal augmente de 10 % vers la 12ème semaine à 30-40 % à terme [6]. Ceci explique que la fraction de molécules liée à l’α1 glycoprotéine acide, tels que la bupivacaine, et l’aprenolol, soit élevée chez le fœtus [7, 8]. A l’opposé, une réduction importante de la concentration maternelle d’albumine et une augmentation de la concentration fœtale au fur et à mesure de la grossesse est observée. Le transport actif d’une molécule implique son transfert contre un gradient de concentration et nécessite donc de l’énergie. De nombreux transporteurs ont été découverts dans le placenta. La plupart des transporteurs d’influx ont été mis en évidence en raison de leur rôle physiologique d’entrée de substances endogènes nécessaires au bon développement du fœtus. SERT et NET sont exprimés sur la membrane apicale du trophoblaste, et transportent la sérotonine, la dopamine, l’adrénaline et la noradrénaline [9]. SERT et NET placentaires sont identiques à ceux des neurones sérotoninergiques et noradrénergiques et peuvent donc être la cible des antidépresseurs tels que la fluoxétine (Prozac®), la sertaline (Zoloft®), la paroxetine (Deroxat®) et le citalopram (Seropram®). OCT3 appartient à la famille des transporteurs de cations organiques, et est présent sur la membrane basale du trophoblaste [10]. Ce transporteur peut être inhibé par les hormones stéroïdes. La fonction physiologique d’OCT3 est de faciliter la clairance des catécholamines de la circulation fœtale. Transporteurs de cations organiques (OCTN1 et OCTN2) : OCTN1 est proche de la structure de OCT3 et est fortement exprimé au niveau du placenta [11]. Parmi ses substrats exogènes on trouve la cimétidine, la clonidine, la nicotine, la procainamide, la pyrilamine, la quinine, la quinidine, le vérapamil, l’ofloxacine, et la levofloxacine [12]. Il est exprimé sur la membrane apicale [13]. Il transporte aussi des cations inorganiques. Certaines bêta-lactamines, comme la céphaloridine, sont reconnues par OCTN2 [14]. Récepteur et transporteur de folates : l’acide folique est un nutriment essentiel pour le fœtus. Il traverse le placenta à l’aide d’un récepteur de folates situé sur la membrane apicale du syncytiotrophoblaste et d’un transporteur de folates réduits situé sur la membrane basale [16]. Monocarboxylate transporters (MCTs) : les transporteurs de monocarboxylates sont exprimés au pôle basal ou apical des trophoblastes. MCT est de transporter du lactate, mais aussi du pyruvate et du bêtahydroxybutyrate. Equilibrative nucleoside transporters (ENT1 et ENT2) : ces transporteurs de nucléosides ont été trouvés sur la membrane basale et apicale du trophoblaste. Ils peuvent transporter de nombreux médicaments tels que la cytarabine, la gentamicine et des antirétroviraux tels que la zalcitabine (ddC) et la zidovudine [18]. Ils représentent le deuxième grand groupe des transporteurs actifs et trouvent leur source d’énergie dans l’hydrolyse de l’ATP. Durant ces dernières années, certains de ces transporteurs ont été découverts lors de leur association au phénomène de « multidrug resistance » sur des cellules cancéreuses [19]. Il s’agit principalement des transporteurs d’efflux de la famille ABC (ATP-Binding Cassette), tels que la P-glycoprotéine (également appelée P-gp ou MDR1 ou ABCB1), les MRPs (Multidrug Resistance-associated Proteins) (codées par les gènes ABCC1 à 6 et ABCC10 à 12), et la Breast Cancer Resistance Protein (BCRP ou ABCG2). Ushigome et al. [21] ont montré que la P-gp régule le passage de la vincristine, de la vinblastine et de la digoxine à l’intérieur des cellules trophoblastiques. Le transfert de ces médicaments à travers le trophoblaste semble plus important du fœtus à la mère que dans le sens opposé. En présence d’inhibiteurs de la P-gp, ce transport est réduit, ce qui entraîne une augmentation de l’accumulation fœtale. Pavek et al. Les souris mdr1a (-/-), knockout pour le gène de la P-gp, sont un bon outil pharmacologique pour examiner les fonctions de la P-gp dans différents tissus in vivo . Lankas et al . [23] ont montré que l’administration d’un isomère de l’avermectine (un pesticide) est associée à 100 % de fentes palatines chez les fœtus (-/-). Les souris hétérozygotes (+/-) sont moins sensibles et les fœtus homozygotes (+/+), ayant beaucoup de P-gp, sont totalement insensibles aux doses testées. Smit et al. [24] ont utilisé les souris mdr1a/1b (-/-) pour évaluer le rôle de la P-gp dans la protection fœtale vis-à-vis de la digoxine, du saquinavir et du paclitaxel. Ils ont trouvé que respectivement 2.4-, 7-, et 16- fois plus de digoxine, de saquinavir et de paclitaxel, entraient dans la circulation fœtale des souris mdr1a/1b (-/-) par rapport au type sauvage. L’étude du taux d’expression de la P-gp dans le placenta revêt donc un intérêt certain, puisqu’elle pourrait être à l’origine de différences significatives de passage transplacentaire des médicaments. Une étude récente [25] a permis de mettre en évidence le taux d’expression de la P-gp placentaire en fonction de l’âge gestationnel. Les résultats montrent une diminution du taux d’expression de la P-glycoprotéine entre le début et la fin de grossesse. Les fonctions physiologiques des protéines MRPs placentaires restent spéculatives, bien qu’il semble qu’elles puissent jouer un rôle fœtoprotecteur en permettant l’excrétion des produits de métabolisme final du fœtus vers la mère. Une très forte expression de BCRP dans le placenta humain a été rapportée par Allikmets et al. , l’ayant ainsi nommé « transporteur ATP spécifique placentaire (ABCP) » [27]. Des études sur des souris déficientes en P-gp ont montré que l’inhibition de BCRP par l’élacridar (GF 120918), un inhibiteur de BCRP et de la P-gp, augmente de manière significative le passage du topotécan dans le fœtus [29]. Le rôle de BCRP dans la restriction du passage materno-fœtal du topotécan a été montré dans une autre étude, dans laquelle l’accumulation de topotécan dans les fœtus BCRP1-/- étaient deux fois plus importante que chez les fœtus BCRP1+/+ [30]. Plus récemment, l’activité fonctionnelle de BCRP a été mise en évidence dans des vésicules de microvillosités membranaires de placenta humain [31]. Ainsi, de la même manière que la P-gp, BCRP semblerait contribuer à la fonction protectrice du placenta en effluant des médicaments et xénobiotiques contenus dans le sang maternel. Son expression serait constante durant la grossesse [33] et serait supérieure à celle de la P-gp dans le placenta humain à terme [34]. Enfin de nombreuses études ont montré que BCRP limitait le passage transplacentaire du glibenclamide (Daonil®, Glucovance®, Miglucan®) (cf.

Substances qui traversent la barrière placentaire

Les échanges vont se faire entre le sang maternel (riche en oxygène) et le sang artériel ombilical (mélange de sang artériel et veineux, pauvre en oxygène). L’oxygène passe donc de la circulation maternelle vers la circulation fœtale par diffusion ou transfert passif (PO2 mat. Les échanges d’oxygène dépendent de la surface et de l’épaisseur de la barrière placentaire, ainsi que de la différence des pressions partielles d’oxygène entre les deux circulations. À terme le fœtus puise 20 à 30 ml d’oxygène par minute dans la circulation maternelle. Le gaz carbonique, dont la pression partielle est plus élevée dans le sang fœtal, suit le gradient inverse. Son passage est cependant 20 fois plus rapide. L’eau et les électrolytes traversent le placenta par diffusion simple dans le sens d’un gradient osmolaire. Le glucose est la principale source d'énergie du fœtus et passe par transport facilité. La glycémie fœtale est égale au 2/3 de la glycémie maternelle ; elle dépend de cette dernière. Les lipides et les triglycérides sont dégradés au niveau du placenta qui synthétise de nouvelles molécules lipidiques. Les phospholipides sont arrêtés et dégradés par le placenta. Il existe néanmoins un passage d'acides gras maternels de la mère vers le fœtus, notamment les acides gras essentiels comme les acides linoléiques et arachidoniques qui ne peuvent être synthétisés par un organisme mais uniquement apportés par l'alimentation maternelle. Les protéines ne passent pas la barrière placentaire car elles sont trop grosses. L'épithélium villositaire assure la désintégration des chaînes protéiques de la mère en acides aminés. Il existe une exception à la nécessité de dégradation préalable en acides aminés : les immunoglobulines de type G qui passent de la mère vers le fœtus. La mère transmet par pinocytose au fœtus les IgG. Ce passage se fait surtout en fin de grossesse, conférant ainsi au nourrisson une immunité passive qui le protège contre de nombreuses maladies infectieuses. La transferrine est une autre protéine importante qui transporte du fer au fœtus. La vitamine C est stockée par le placenta jusqu'au 7ème mois, puis le placenta s'appauvrit en acide ascorbique, puis on la retrouve en grande quantité dans les surrénales fœtales. La vitamine K franchit le placenta, mais existe dans le sang fœtal à un taux faible.

Facteurs affectant le développement et le fonctionnement du placenta

Les facteurs qui peuvent affecter le développement et le fonctionnement du placenta incluent l'hypertension artérielle, le diabète, les infections, le tabagisme, l'alcool, certaines drogues, et des anomalies chromosomiques.

Physiologie placentaire et implications cliniques

La compréhension de la physiologie placentaire est primordiale pour diagnostiquer et traiter les pathologies chez la mère et l'enfant. Les dysfonctionnements du placenta peuvent avoir divers impacts cliniques, pouvant influencer le déroulement de la grossesse et la santé néonatale.

Dysfonctionnements et pathologies liées au placenta

Les pathologies placentaires posent des risques significatifs pendant la grossesse. Voici quelques-unes des conditions les plus courantes :

Insuffisance placentaire : Cette condition entraîne un apport insuffisant de nutriments et d'oxygène au fœtus, souvent entraînant un retard de croissance intra-utérin (RCIU).
Placenta praevia : Implante le placenta sur le col de l'utérus, posant des risques pendant l'accouchement.
Décollement placentaire : Lorsque le placenta se sépare prématurément de la paroi utérine, causant des saignements.
Pré-éclampsie : Marquée par l'hypertension, elle provoque des complications sévères pour la mère et peut compromettre le fonctionnement placentaire.

Prenons un moment pour comprendre ces conditions à travers des exemples et des définitions cruciales. L'insuffisance placentaire est un dysfonctionnement caractérisé par un apport insuffisant d'oxygène et de nutriments au fœtus, entraînant un développement fœtal restreint.

Un exemple illustratif de pré-éclampsie est une femme enceinte de 30 semaines qui présente une pression artérielle élevée et une protéinurie, nécessitant une surveillance médicale accrue et parfois un accouchement prématuré pour protéger la santé de la mère et du fœtus. Le développement de la pré-éclampsie demeure mystérieux, mais les recherches suggèrent un rôle crucial des cellules trophoblastiques. Des anomalies dans l'invasion des artères utérines peuvent conduire à une perfusion placentaire inefficace, entraînant cette complication.

Exploration de la fonction placentaire

On peut localiser l’insertion exacte du placenta avec certaines techniques radiologiques, mais surtout à l’aide de produits radioactifs comme le technétium, ou à l’aide des ultra-sons. Cette localisation permet de porter le diagnostic de placenta praevia et de préciser le lieu des ponctions amniotiques. Les dosages hormonaux, notamment de l’hormone lactogène placentaire, explorent sa fonction endocrine. Sa fonction d’échanges gazeux s’explore par la recherche de signes d’hypoxie chez le fœtus.

Modèles d'étude du transport placentaire

Plusieurs modèles ont été mis en place pour étudier in vitro le transport placentaire des nutriments, médicaments et toxiques. Ces modèles permettent de contourner les problèmes d’ordres éthiques et méthodologiques inhérents aux modèles in vivo . Le modèle ex vivo du cotylédon perfusé a été décrit pour la première fois en 1967 [37]. Après un examen attentif, un cotylédon d’un placenta à terme est sélectionné pour une étude de perfusion. L’intégrité et la viabilité du tissu placentaire sont suivies par la mesure des pressions partielles dans les circuits fœtaux et maternels et de la consommation de glucose. Avec l’avancée des connaissances concernant l’identité, la localisation et la régulation des transporteurs placentaires, l’utilisation de cette méthode est amenée à se développer. Par exemple, l’addition d’inhibiteurs spécifiques de transporteurs permettra une estimation plus précise de l’implication d’un transporteur dans le passage transplacentaire d’un médicament donné. Ces modèles sont utilisés pour connaître l’existence ou non de systèmes de transport et de métabolisation dans le placenta à partir de fragments tissulaires ou de lignées cellulaires explorées in vitro [41]. Les coupes placentaires et les explants villositaires qui offrent l’avantage de pouvoir conserver la microarchitecture ainsi que les interactions cellulaires et les communications paracrines du placenta. Les cultures primaires de syncytiotrophoblastes permettent l’étude de la capture et des mécanismes de transport à l’échelon cellulaire et moléculaire. L’isolement et la culture de trophoblastes villeux mononucléés dérivant de placenta de 1er trimestre ou à terme est actuellement bien décrit. La capture de substances radioactives peut être mesurée aussi bien sur des trophoblastes mononucléés que sur des cellules multinucléées adhérentes résultant de la formation du syncytium. L’expression endogène de multiples transporteurs dans ces trophoblastes isolés est un des avantages de cette technique, permettant ainsi d’avoir une meilleure compréhension des interactions potentielles entre les xénobiotiques et les substances naturelles.

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Le rôle et le fonctionnement de la barrière fœto-placentaire