《The Journal of Physiology》：Human placental transfer of xenobiotics in health and disease: New approach methodologies for developmental and reproductive toxicology testing and mathematical modelling
本综述聚焦于胎盘屏障转运动力学、毒理学与数学建模交叉领域中的一项重要且适时的议题，其背景是新兴的监管驱动力旨在减少并替代发育与生殖毒理学（DART）测试中的动物使用。本综述旨在提供以下方面的全面概述：（i）妊娠期胎盘结构与功能；（ii）人类特异性营养素与外源物转运机制；（iii）人类胎盘离体（ex vivo）与体外（in vitro）模型；（iv）胎盘转运的数学与计算建模框架；以及（v）病理状态对转运动力学的影响。本文旨在为生理学家、毒理学家及胎盘建模专家，在快速发展的非动物技术用于DART测试领域中，提供一份参考依据。
人类母胎转运机制
本文重点探讨生物分子转运过程，因此有必要回顾妊娠期绒毛膜卵黄囊胎盘与绒毛膜尿囊胎盘在转运机制方面的解剖学及其他通路证据。这些结构与功能安排分别对应人类妊娠约11周前后两条不同的溶质转运通路。孕早期经绒毛膜及次级卵黄囊的转运机制证据有限，但部分结构与生化研究提示，溶质从母体循环到达卵黄囊顶膜并进入胎儿体内需经过相对复杂的通路。11周后，母胎循环间屏障转运机制的认识更为充分，但多数转运体定位证据偏向中晚孕期的合体滋养层，对屏障中胎儿内皮层转运能力的认识仍十分匮乏。尽管如此，新出现的证据提示内皮层可能在限制某些沿浓度梯度转运的溶质母胎转运中发挥关键作用，因为人类合体滋养层存在膜衬通道结构。
绒毛膜卵黄囊胎盘
约妊娠4周时，囊胚附着并牢固植入子宫内膜，旁分泌信号诱导复杂的黏附生化过程以确认囊胚黏附。子宫壁旁可见广泛但发育未成熟的绒毛层，至4周时由绒毛外滋养细胞形成"滋养层壳"衬覆子宫内膜。滋养细胞侵入子宫内膜并伴随母体免疫细胞，已消化螺旋动脉血管壁的内膜与中膜，并形成与绒毛间隙液充盈的"腔隙"空间的连通。然而在此剥脱过程中，由细胞外碎片构成的螺旋动脉栓子持续存在至约11周，阻碍母血流入发育中绒毛周围的腔隙空间。有证据表明这些栓子对母体血清具有多孔性，补充了胎儿组织营养，后者主要来源于子宫腺体分泌。由此推论，尽管滋养层栓子的通透性允许部分胎儿营养，但也可能对胎儿抵御血浆中有害外源物质提供很少的保护。例如，近期研究报道在孕早期脐血中检测到免疫调节性多氟烷基物质。因此，胎儿在孕早期——骨骼与器官发育确立阶段——处于特别脆弱的时期。
人类孕早期绒毛血管生成与血管发生过程在低氧环境中，由滋养细胞、内皮细胞及霍夫鲍尔细胞产生的血管生成因子协调，第6至11周出现显著毛细血管化。中胚层"体蒂"连接原始绒毛与形成发育中胚胎组织的"内细胞团"，血管化延迟。体蒂具有红细胞生成作用，似乎在孕早期血流开始前储存红细胞。因此，脐-绒毛通道在此发育阶段似乎并未有效运作以服务胎儿生长获取绒毛获取的营养。相反，胎儿依赖一条复杂的组织营养通路，包括：（i）从子宫内膜子宫腺获取营养及从头合成化合物；（ii）母体血浆中营养可能穿过螺旋动脉滋养层栓子；（iii）穿过发育不全的开窗绒毛膜转运；（iv）扩散进入体腔；（v）被次级内翻卵黄囊摄取；最终（vi）经卵黄管从卵黄囊进入胎儿体内。
多项证据共同支持这一精细的卵黄胎盘转运通路。小分子体腔分析物浓度高于母体血浆及羊水，如母体甲状腺素、雌二醇、孕酮、白细胞介素6（IL-6）及铁蛋白，而某些较大蛋白质浓度较低。24种氨基酸中有19种在体腔液中浓度高于自体母体血浆，提示该腔室具有通道作用。体腔液中蜕膜来源蛋白浓度高，可能来源于子宫乳。在相反方向，体腔也可能提供卵黄囊来源蛋白（如甲胎蛋白）转运至母体循环的通路。绒毛膜卵黄囊胎盘显著性的进一步间接证据来自观察：少数绒毛毛细血管与滋养层并列，提示孕早期扩散进入毛细血管腔的通路长度效率较低，尤其对于大蛋白及组织扩散系数低的生物大分子药物。此外，极高的绒毛血管有核红细胞计数可能提供高黏度和血流阻抗，否定此血管通路。此绒毛膜卵黄囊通路的最后一步是次级卵黄囊对溶质的摄取，该结构在妊娠最初几周后已失去造血功能，并已适应性地参与屏障转运功能。转运将直接进入卵黄囊膜血管或经外中胚层和内胚层进入卵黄囊腔。人类外中胚层具有微绒毛及桥粒-紧密连接排列，提示大分子转运仅能通过内体途径发生。尽管有证据表明人类孕11周时卵黄囊顶面表达易化葡萄糖转运体GLUT1，但关于大分子量分子跨此屏障的内体转运几乎一无所知，尽管它们存在于体腔液中。与大分子抗体（mAbs）相关，在大鼠功能研究中，IgG经次级卵黄囊膜的跨膜转运通过内吞途径快速发生，在凹坑和微囊泡中可见定位。兔中也可见于内胚层囊泡。然而人类IgG转运在孕中期前不显著，此时绒毛膜卵黄囊胎盘已功能失效。
总之，结构与生化证据提示绒毛膜卵黄囊胎盘通路中存在细胞旁以及特异性转运体摄取机制，支持小分子和大分子溶质的母胎转运。此复杂多细胞屏障通路也可能被外源物利用，如地西泮，以及大分子量药物、化学品和生物分子。然而在此早期发育阶段，由于缺乏足够完整的组织，对人类转运机制的全面功能评估难以实现。就IgG而言，物种间母胎转运存在显著差异，灵长类（包括人类）在孕中晚期经绒毛膜尿囊胎盘广泛转运母体免疫球蛋白；而啮齿类和兔形目中，内翻内脏卵黄囊环绕胎儿并与子宫壁并列，直至足月仍保持IgG和免疫球蛋白M转运功能。
绒毛膜尿囊胎盘
胎儿生长在孕晚期进入指数阶段的急剧增加，要求胎盘内更高的氧环境。在此之前，约11至12周螺旋动脉栓子崩解，允许母血流入胎盘腔隙，胎儿开始依赖血液营养进行生长发育。尽管这些滋养层栓子似乎对小分子母体血清溶质具有多孔性，栓子丢失可能直接将胎盘绒毛暴露于更广泛的大分子和纳米颗粒外源物暴露组中，这些物质常见于母体全身循环。从第8周起，曾广泛分布于子宫壁的外周绒毛退缩形成胎盘盘。绒毛周围腔隙空间发展成更精细的绒毛间隙（IVS），具有相当无序的喉道和孔隙网络，引导母血绕行不断发育的绒毛。这种异质结构将在多个连续绒毛表面施加剪切应力变异，母血以不同速度遇到多个绒毛时伴随可变的溶质负荷和血液流变学。胎儿循环在孕中期通过血管生成分支进一步发展以增加血管树精细化，随后孕晚期为非分支型血管生成。
孕早期之后，母胎循环血液之间形成简化的分隔，终末绒毛处由双层细胞构成：即胎儿绒毛的多核滋养层——合体滋养层——连同内皮。此细胞双层现在是胎儿抵御循环母体外来因子的唯一防线。此外，终末绒毛毛细血管发生窦状重塑，合体滋养层和内皮发生特化变薄，称为血管合体膜。此膜是调节两循环间营养与外源物转运的关键结构，对小分子沿浓度梯度扩散部分被动。人类绒毛膜尿囊胎盘屏障物质转运效率在数学建模相关部分将进一步详述。
动物DART与人类胎盘屏障在NAMs背景下的评估
DART测试中的一个主要考量，以及随之而来的胎盘转运模型开发，是如何最好地评估mAbs跨人类胎盘的转运。需要在传统大鼠和兔DART物种与人类及非人灵长类之间，明确IgG转运机制和定量特征的差异。人类胎儿获取母体IgG在约妊娠8周前缺失，此时绒毛膜卵黄囊转运途径正以体腔缩小和卵黄囊退化结束。这与兔和啮齿类物种不同——传统DART物种中卵黄囊结构持续存在，在全部妊娠期转运IgG，包括致畸性外源物IgG。当非人灵长类孕早期卵黄囊仍存在时，物种间胎儿转运率仍有差异，大鼠和兔分别比食蟹猴高3至6倍，可能在DART测试中高估人类胎儿对治疗性mAbs的暴露。这可能部分归因于物种间结构差异。与灵长类不同，啮齿类具有完全环绕胎儿并与子宫壁并列的内翻内脏卵黄囊。因此，非人灵长类在临床前试验中被用作更匹配的模型来理解治疗性IgG的母胎转运。
对于小分子化学品和药物，DART动力学中的首要考量涉及器官发生发育阶段以及绒毛膜卵黄囊胎盘作为胎儿循环获取外源物潜在守门人的角色。为此，次级内翻内脏卵黄囊是关键考量对象，因为它在绒毛膜尿囊胎盘途径建立前调节胚胎与母体腔室间的交换。关于小分子外源物的比较性胎盘转运，孕早期绒毛膜卵黄囊胎盘仍是"黑箱"，尤其涉及人类动力学。物种间存在显著差异；啮齿类和兔表现出持续存在的卵黄囊与绒毛膜紧密并列，在全部妊娠期提供大面积转运表面。相比之下，人类卵黄囊是短暂的，突入体腔，需要穿越体腔膜转运。尽管潜在转运过程可能保守，这些不同的解剖位置和表面积可能决定转运量的差异，进一步因人类卵黄囊转运体特征化有限而复杂化。
对于小分子，主要致畸关注涉及器官发生，发生在人类妊娠前10周内，凸显早期绒毛膜卵黄囊胎盘作为外源物转运的关键部位。然而由于神经发育贯穿整个妊娠期，大脑仍易通过绒毛膜尿囊胎盘暴露于外源物。鉴于这种倾向，发育和生殖毒性模型与人类之间胎盘形成结构差异需要仔细考虑潜在的转运率差异。
具体而言，人类胎盘为血单绒毛膜型，单层合体滋养层分隔母血与胎儿血管。相比之下，兔胎盘为血双绒毛膜型（两层），大鼠胎盘为血三绒毛膜型（三层），这种结构差异根据菲克定律减少这些DART模型中的自由扩散。此外，人类与传统DART测试物种间的母体血流场不同。人类胎盘解剖允许母血发散性渗流，流经广泛绒毛间隙；而大鼠和兔的母体血流被限制在迷宫样通道内。此外，人类绒毛表面高度特化，富含微绒毛，促进广泛的交换表面积，这一特征在大鼠中较不显著，在兔中几乎缺失。微绒毛精细化意味着物种间每克组织质量可用的交换表面积差异。总体而言，这些结构差异可能以某种未定义程度改变净转运率，但如前所述，这并未否定使用大鼠和兔作为DART测试模型。
人类诱导多能干细胞（hiPSCs）已被分化以执行卵黄囊样造血细胞功能。在推动PK和CK DART测试使用NAMs方面，需要开发人类卵黄囊细胞屏障模型。迄今为止最接近的是由hiPSCs与基质细胞共培养形成的卵黄囊样类器官，主要目标是开发造血模型，而非PK"使用情境"。这尚未作为屏障模型评估，与许多其他微生理模型一样，需要资格认定步骤以获得药物监管机构接受和化学品监管机构验证。
此外，近期研究报道使用离体人类胎盘双灌注模型解决mAb转运的药代动力学问题。尽管尚未按监管标准资格认定或验证，此模型广泛用于生成PK和PC DART数据，被监管机构视为外源物胎儿安全性评估中的"证据权重"。参照Horizon Europe TRL量表，此模型估计处于"TRL 7"（系统原型在操作环境中演示），因为与行业数据关联的化合物正由多个独立学术实验室生成。当然，此模型永远不会有"工业相关环境"，因为它必须在大学附属研究医院进行以保证组织提供速度和品质。此模型因此比任何体外胎盘PK模型更接近监管资格认定。其高估计TRL分数仅与"使用情境"相关，例如"足月生物制药母胎转运NAM"。体外胎盘屏障芯片模型目前准备度较低，至多"TRL 4"（技术在实验室验证），但同样"使用情境"在此很重要——即分配评分时验证的具体目的是什么？
离体灌注模型的技术改进实例包括实现生理氧浓度的修改。此离体模型关键地保留了人类体内组织架构，并提供接近子宫内状态的母体和胎儿双流，尽管流速相对降低。其使用限于足月正常胎盘，但更早孕龄组织可从疾病妊娠早产时灌注。招募存在伦理里程碑需克服，且需与临床医生建立良好工作关系以确保产后组织完整新鲜以供灌注。多种药物的胎盘转运已被广泛综述。此外，该模型可实现胎盘药效学数据，与外源物动力学及其他对胎盘类固醇生成的失调效应相关；血管生成；胎儿胎盘血管张力失调及其相关水转运变化；以及组织炎症状态。随着关键参数协调和进一步多中心环形试验研究，这些功能和内分泌效应将在未来几年构成监管机构考虑屏障转运和其他动态"使用情境"的基础。
近期进展包括开发人类胎盘屏障芯片模型和人类类器官模型，主要涉及模拟血管合体膜的合体滋养层和内皮细胞层的两种细胞类型。双层屏障模型和类器官模型均设计用于评估人类胎盘PK和CK。面向母体的上皮层构建使用多核绒毛膜癌细胞（包括BeWo）、原代滋养细胞和分化的人类滋养层干细胞。胎盘芯片屏障模型有望加速人类胎盘PK和CK研究。然而由于这些是体外模型，更需要验证其通透性以及多核上皮和内皮顶膜和基底膜上外排和内流转运蛋白的表达模式。预计屏障厚度永远不会接近子宫内或离体发现的血管合体膜的薄度，因为细胞生长在不同材料制成的支撑支架上。用于毒理学监管批准的最终跨中心协调模型很可能需要数学建模调整因子，包括表面积、通路长度以及可能影响物质扩散系数的细胞黏附试剂。
人类离体和体外胎盘转运动力学NAM模型有潜力更准确地提供小分子胎儿暴露数据，有助于使用下游人类胎儿类器官NAMs评估人类特异性胎儿毒性和致畸性。动物与人类之间胎盘解剖、生化和流变学差异将解释胎儿暴露水平数据的此类可能改进。然而与动物模型相比，新NAMs很可能仅产生一个数量级差异内的动力学数据。尽管如此，此类暴露差异可能有助于收紧药物风险评估和化学品工作场所暴露限值设定。
解决胎盘转运的计算机模拟模型
计算机模拟胎盘模型涵盖广泛方法，从基于机器学习或人工智能技术的计算复杂黑箱方法到简化速率公式。认识到NAMs与计算机模拟模型在DART测试中的潜在协同作用，我们聚焦于文献中报道的机制建模方法。这些包括基于扩散和对流的转运——浓度变化由物理原理控制——以及基于所提出生物学机制的受体介导转运模型。这些模型主要分为两类。第一类模型包含组织腔室内空间变异，考察组织异质性对转运的影响。由于其复杂性，这些模型主要限于考虑小分子（如氧）的转运和流动，其中转运由扩散或对流过程主导。第二类涵盖描述胎盘内固有腔室间转运的模型，例如母体血液循环、胎盘屏障内细胞（包括胎儿血管）。后一类建模主要聚焦于识别腔室间分子物种转运相关的速率变化参数，通常结合受体介导转运和其他形式主动转运以及扩散转运。
包含胎盘空间变异的模型
随着显微计算机断层扫描（microCT）和电子显微镜等成像技术的出现，文献中对胎盘微结构复杂性的认识有所提高。同步辐射CT（sCT）扫描的分割提供绒毛和微血管结构的三维分离，也助力此工作。这些数据为计算机模拟建模社区探索空间异质性对胎盘功能的影响提供宝贵资源。当前包含胎盘结构的模型聚焦于（i）扩散——粒子因固有随机分子运动在空间中的散布，和（ii）对流——粒子因整体运动或更常见流体流动的转运。
扩散在生物场景中通常用菲克扩散定律正式描述，该定律指出物质从高浓度向低浓度移动，浓度差异按差异大小比例减少。在胎盘转运背景下，菲克定律考虑血管合体膜处胎盘屏障变薄的存在，以及任何给定溶质在胎儿和母体循环间的浓度梯度。生理学家此前已以此方式考虑跨胎盘屏障的营养素浓度梯度，例如葡萄糖和氨基酸。菲克定律还引入扩散系数"D"的概念，单位为面积/时间，量化物质通过特定介质的扩散难易程度。"D"与物质的理论化学和尺寸特性以及扩散发生的介质（如血浆或胎盘基质组织）相关。通常高"D"对应快速扩散的物质，指示小分子质量物质和/或物质可快速通过的介质。以"D"表征的扩散也是描述小分子通过胎儿血管血浆和IVS运动的流行选择，显然需要额外考虑流速。应注意菲克定律仅解释归因于"被动"转运的那部分转运量，而跨生物膜和血液腔室的转运受许多因素影响，超出双层细胞的简单性，数学家和生物工程师现在正面对这些因素。
对流也已纳入空间模型和基于成像的建模工作中，以探索胎盘各腔室内气体和小颗粒的转运。建模螺旋动脉和蜕膜静脉到IVS的假设开口已证明流速的重要性，并引入螺旋动脉近端绒毛可改变溶质在更外周绒毛周围的分散流速的观点。这进一步因IVS中"喉道"和"孔隙"直径变化而复杂化，由绒毛缠结形成。胎盘腔室几何依赖的营养摄取局部变异也受胎儿毛细血管结构控制，基于图像的计算流体动力学模拟已显示转运热点的可能存在，如氧转运所探索的。局部毛细血管结构也已被证明影响脐带和胎盘血管对胎儿血流的阻力，两者均为驱动胎盘内对流的参数。
从化学工程借鉴的有用概念是胎盘转运的有效Damk?hler数，即组织内溶质摄取速率与溶质摄取可用性之间的无量纲比率。小Damk?hler数（Da << 1）对应扩散或跨膜转运是限制因素的情况，生理学家通常称为"膜限制转运"。此处跨胎盘屏障转运相对最小，导致物质均匀分布到胎儿侧微血管。较高Damk?hler数（Da >> 1）传统上与生理学家的"流限制转运"术语相关，是另一极端，其中流速是限制因素，因为跨屏障浓度梯度更易趋向平衡。此处跨胎盘膜转运快，在气体与血红蛋白结合或其他溶质与白蛋白结合的情况下转运率增强，流速成为更大决定因素。
细胞旁通路由合体滋养层和内皮中的孔隙组成，可能限制转运的扩散组分。跨人类胎盘屏障的惰性亲水小分子标记物的母胎清除存在线性关系，符合这些分子物种具有不同扩散系数的预期。有趣的是从生物学模型验证角度看，体内和离体研究观察到的细胞旁数据高度一致。这为离体人类胎盘小叶双灌注在药代动力学研究中的使用提供了一定验证。肌酐和CrEDTA点间所见线性最可能反映与尺寸相关的溶质扩散系数差异。此外通路具有有限小半径，因此限制较大分子扩散。当溶质物种接近屏障"名义孔隙半径"的十分之一时，位阻成为扩散和对流限制因素。实践中"名义孔隙半径"可从恰好无法通过膜的最大分子尺寸确定。这与FITC-inulin相关数据合理吻合，并符合Challier等人的观察，他们提出人类胎盘"名义孔隙半径"为埃级别或9 nm。
总结而言，通常预期：（i）较大分子物种的扩散限制机制，转运受位阻限制；（ii）通过孔隙的适度转运率，线性由较小亲水分子扩散系数设定；以及（iii）其他具有亲脂性和对流辅助的小分子快速转运率，不完全依赖细胞旁通路，如O2和CO2。然而Damk?hler数的概念带来进一步复杂性，纳入摄取、长度尺度和流速，指示不同几何形状也影响转运类型和程度，强调几何形状对扩散和对流转运的重要性。
腔室模型
腔室模型是研究胎盘转运最广泛使用的建模方法：从代表母体和胎儿血容量及两者间某种交换速率的简单两腔室模型，到代表胎盘细胞组分的复杂多腔室模型，以及实验储液器和采样点。腔室模型类别也通过纳入生理药代动力学（PBPK）模型扩展到系统级模型，量化全身清除率和代谢途径。
这些模型背后的统一方法是使用体积代表母体、胎儿和胎盘域。然而基本假设是每个腔室内所有物质充分混合；即每个腔室内浓度无空间变异。这与上述模型形成对比。然而此简化允许与数据更大程度整合。合适数据实例包括临床测量，如脐带与母体血浆水平，以及离体双灌注系统数据。这种使用地面真实临床或生物学数据与灵活腔室框架允许通过拟合模型估计转运参数，如胎儿与母体浓度比、转运率或胎盘清除率。然而认为微绒毛周围"未搅拌层"和细胞糖萼增加进一步复杂性，迄今被排除在建模之外。
腔室模型的关键优势之一是描述跨胎盘屏障转运的灵活性。为一种物质（如二甲双胍）开发的框架随后已适应描述其他化合物（包括吗啡）的转运。屏障转运受营养转运体介导转运存在控制，人类胎盘中外排和内流转运蛋白已被综述。转运体活性和扩散在物质转运中的相对贡献可整合到建模框架内，并已显示因物质不同而成功程度不同。跨胎盘屏障扩散已整合到多个腔室模型中，证明对于某些物质（如吗啡），扩散在胎盘转运中可发挥比主动转运介导机制更大的作用。相反，类似工作证明膜转运体的重要性，如苯丙氨酸转运情况、双向转运体（如有机阳离子转运体3）在二甲双胍转运中，以及外排转运体在其他物质（如亲脂性免疫抑制药物他克莫司）转运中。
尽管一些腔室模型选择模拟离体双灌注系统以评估转运率，PBPK模型使用母胎生理系统作为框架。例如工作包括通过胎儿肝脏代谢对乙酰氨基酚的清除，以及母胎未结合药物分数的作用和比例。PBPK建模文献的一个显著贡献是Bukkems等人的工作，其中进行了离体双胎盘灌注，并使用腔室模型估计doravirine胎盘转运参数。这些参数随后用于PBPK模型，预测doravirine的母体清除率和胎儿对此外源物的显著暴露。
与FDA宣布从单克隆抗体开始逐步淘汰动物测试相关的是解决IgG和单克隆抗体胎盘转运的建模工作。由于依赖受体介导内体转运，胎盘抗体转运建模主要由腔室框架主导。此建模工作的重要部分包括纳入位于内皮的抗体转运受体。然而人类胎盘内体转运工作受到人类特异性抗体受体亚型表达数据缺乏、其在合体滋养层顶膜和基底膜的极性以及屏障内皮类似数据特别缺乏的阻碍。然而其他大分子和纳米颗粒的工作为可能也适用于抗体的建模考量提供宝贵见解。
先前关于氨基酸和乙酰氨基酚胎盘转运的工作使用了Michaelis-Menten型动力学。此方法适用于转运受结合动力学控制的分子。在此类系统中反应速率与溶质浓度不成线性比例，而受结合位点可用性限制。在低溶质浓度下反应速率随供体侧浓度增加近似线性增加。然而当溶质浓度接近可用结合位点容量时速率上升逐渐变慢。在高溶质浓度下系统变得饱和，反应速率接近最大值，有效趋于平稳。使用更细致的Michaelis-Menten建模描述的缺点是每个反应步骤的额外参数必须从文献或模型拟合技术推断。
其他需考虑的因素包括胎盘代谢、跨屏障对流（体积流）和血清白蛋白浓度的影响。已观察到胎盘代谢在脂肪酸转运中发挥重要作用，胎盘内代谢物池有效导致某些物质的储存能力，已知影响游离脂肪酸转运。体积流是人类胎盘可能存在的过程，胎儿至母体方向流体流动携带溶质从胎儿循环至母体循环，由胎儿毛细血管至IVS存在的动态正静水压梯度调节，并受绒毛小动脉和小静脉血管张力调节变化影响。最后外源物-白蛋白结合相互作用已被视为关键因素，驱动游离格列本脲血浆浓度并影响胎盘转运率。未来建模也可能包括母体和胎儿血浆中结合外源物的白蛋白浓度变异。白蛋白的另一潜在独立作用是与免疫球蛋白双结合FcRn受体，可能通过顶端内体再循环影响IgG跨人类胎盘屏障转运。
胎盘病理对溶质转运的潜在影响
前述章节考虑了正常胎盘生物学中影响营养和外源物转运的一般因素。然而妊娠期疾病已知与母体和胎儿胎盘血流及氧合失调相关，产生高氧或缺氧组织状态，有时伴炎症介导和血栓阈值改变。这些异常影响血管生成和其他内分泌驱动过程的协调，影响胎儿胎盘血管发育及其在构建高效绒毛结构中整个妊娠期的支架功能。影响绒毛结构、胎儿胎盘血管和胎盘腔室体积分数的病理病变必然影响胎盘屏障溶质转运效率，以下假设此类影响的实例。考虑到这一点，外源物也可能干扰胎盘结构发育，从而影响胎儿生长发育。此外，疾病本身导致的胎盘病变也可能影响外源物转运率，即使物质无能力修饰结构。
远端绒毛发育不良（DVH）
此病变与母体高血压、子痫前期和显著降低出生体重相关。特征为绒毛毛细血管分支显著减少，绒毛细长，导致IVS体积分数高。此改变形态影响上述建模的轴向长度考量，减少可用于交换的绒毛表面积。DVH也与脐动脉舒张末期血流缺失和反向相关，与胎儿胎盘血流减少相关，最可能影响高Damk?hler数的"流限制"溶质（如氧）转运。
远端绒毛不成熟（DVI）或延迟绒毛成熟（DVM）
此特征常见于胎儿先天性心脏病和妊娠期糖尿病。胎儿缺氧和生长受限是此病变的重要结局。DVI/DVM特征为滋养层增厚和致密绒毛基质，胎儿胎盘毛细血管未能向合体滋养层迁移。因此扩散性可能因两循环系统间距离增加和绒毛基质密度增加导致扩散系数改变而受损。
原因不明绒毛炎（VUE）
此发现与子痫前期和死产显著相关。VUE表现为绒毛广泛炎症，母体免疫细胞侵入基质。合体滋养层丧失和绒毛无血管化常见。无血管化后果是绒毛在转运能力上变得多余，导致可用于交换的表面积减少，降低胎盘效率，导致胎儿生长受限（FGR）并增加胎儿死亡风险。
大量绒毛周纤维蛋白沉积（MPFD）和慢性组织细胞性绒毛间隙炎（CHI）
MPFD和CHI是与IVS母体血流阻塞相关的病理。CHI是复发性胎盘病变，母体巨噬细胞浸润IVS，发生于母体血浆中抗HLA抗体升高的自身免疫性疾病女性中。MPFD也与母体自身免疫性疾病、血栓形成、狼疮、甲状腺疾病和病毒感染相关，显示IVS被纤维蛋白广泛占据，伴合体滋养层消失。两者均增加流产、早产、FGR和死产风险。此浸润导致携氧红细胞从绒毛排除和滋养层可及性差，因此可能减少氧、营养和外源物向胎儿循环的转运。
未来方向
尽管PK受胎盘结构、血流动力学、膜生化和所考虑溶质固有理论化学性质等因素复杂化，胎儿器官暴露的持续时间和浓度进一步受胎盘外在因素影响。这些包括吸收、分布、代谢和排泄（ADME）。对外源物而言，胎盘传入因素涉及其经母体肺、皮肤和胃肠道的获取；在外周母体组织中的分布；母体肝脏代谢和肾脏排泄。胎盘内可能存在外源物代谢，胎盘滞留和胎盘药效学可能在增强胎儿致畸效应或保护胎儿中发挥作用。有证据表明疾病状态下胎盘蛋白质组改变，显著影响外排和内流转运蛋白表达水平，进而改变屏障功能。这在DART测试中经常被忽视，也需要制药行业在设定母体剂量余量以管理胎儿暴露水平时仔细考虑。在考虑胎儿暴露时胎盘传出因素应聚焦于胎儿ADME因素，特别提及单个器官摄取影响其发育，包括胎儿大脑在孕早期后可能的持续神经影响。上述人类PBCK/PBPK和计算机模拟胎盘转运模型因此只是DART测试中胎儿生长发育考量全貌的一部分。必须进行进一步计算工作以探索胎盘转运混合模型，纳入人类胎盘固有的空间变异以及进一步腔室模型可用的数据整合可及性。尽管如此，它们将在提供计算药物和环境化学品胎儿暴露证据权重中发挥重要作用，并可能提供整合DART测试中多个NAMs数据时缺失的环节。
在缺乏整体动物模型的未来，体外、离体和计算机模拟模型将提供胎儿暴露水平知识，对其他胎儿NAMs（如hiPSC基础检测、斑马鱼幼鱼检测和ReproTracker技术等评估致畸发生中生物标志物变化的系统）的浓度-反应实验设计至关重要。
