Ein dreifaches primäres Zellkulturmodell der menschlichen Blut-Hirn-Schranke zur Untersuchung des ischämischen Schlaganfalls in vitro

Nikolai Fattakhov; Silvia Torices; Sarah Becker; Timea Teglas; Oandy Naranjo; Michal Toborek

doi:10.3791/64469

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Methodenartikel

Ein dreifaches primäres Zellkulturmodell der menschlichen Blut-Hirn-Schranke zur Untersuchung des ischämischen Schlaganfalls in vitro

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DOI:

10.3791/64469

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6. Oktober 2022

Nikolai Fattakhov¹ , Silvia Torices¹ , Sarah Becker¹ , Timea Teglas¹ , Oandy Naranjo¹ , Michal Toborek¹^,²

¹Department of Biochemistry and Molecular Biology, Miller School of Medicine, University of Miami, ²Institute of Physiotherapy and Health Sciences, The Jerzy Kukuczka Academy of Physical Education

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier beschreiben wir die Methode zur Etablierung eines Dreifachzellkulturmodells der Blut-Hirn-Schranke basierend auf primären mikrovaskulären Endothelzellen des menschlichen Gehirns, Astrozyten und Perizyten. Dieses multizelluläre Modell eignet sich für Studien zur neurovaskulären Einheitendysfunktion während eines ischämischen Schlaganfalls in vitro oder für das Screening von Arzneimittelkandidaten.

Zusammenfassung

Der ischämische Schlaganfall ist weltweit eine der Hauptursachen für Tod und Behinderung mit begrenzten therapeutischen Möglichkeiten. Die Neuropathologie des ischämischen Schlaganfalls ist durch eine Unterbrechung der Blutversorgung des Gehirns gekennzeichnet, die zu Zelltod und kognitiver Dysfunktion führt. Während und nach einem ischämischen Schlaganfall erleichtert die Dysfunktion der Blut-Hirn-Schranke (BBB) das Fortschreiten von Verletzungen und trägt zu einer schlechten Genesung des Patienten bei. Aktuelle BBB-Modelle umfassen vor allem endotheliale Monokulturen und Doppelkokulturen mit Astrozyten oder Perizyten.

Solchen Modellen fehlt die Fähigkeit, eine dynamische Gehirnmikroumgebung vollständig zu imitieren, was für die Kommunikation von Zelle zu Zelle unerlässlich ist. Darüber hinaus enthalten häufig verwendete BBB-Modelle oft immortalisierte menschliche Endothelzellen oder tierische Zellkulturen (Nagetier, Schweine oder Rinder), die translationale Einschränkungen darstellen. Dieser Artikel beschreibt ein neuartiges, auf Präparaten basierendes BBB-Modell, das nur primäre menschliche Zellen (mikrovaskuläre Endothelzellen des Gehirns, Astrozyten und vaskuläre Perizyten des Gehirns) enthält, was die Untersuchung von ischämischen Hirnverletzungen in vitro ermöglicht.

Die Auswirkungen von Sauerstoff-Glukose-Deprivation (OGD) auf die Barriereintegrität wurden durch passive Permeabilität, transendotheliale elektrische Widerstandsmessungen (TEER) und direkte Visualisierung hypoxischer Zellen bewertet. Das vorgestellte Protokoll bietet einen deutlichen Vorteil, indem es die interzelluläre Umgebung der BHS in vivo nachahmt und als realistischeres In-vitro-BBB-Modell für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien im Rahmen einer ischämischen Hirnverletzung dient.

Einleitung

Schlaganfall ist weltweit eine der häufigsten Todes- und Langzeitinvaliditätsursachen¹. Die Inzidenz von Schlaganfällen nimmt mit zunehmendem Alter schnell zu und verdoppelt sich alle 10 Jahre nach dem 55. Lebensjahr². Der ischämische Schlaganfall tritt als Folge einer Störung des zerebralen Blutflusses aufgrund thrombotischer und embolischer Ereignisse auf, was mehr als 80% aller Schlaganfallfälle ausmacht³. Schon jetzt gibt es relativ wenige Behandlungsmöglichkeiten, um den Gewebetod nach einem ischämischen Schlaganfall zu minimieren. Die Behandlungen, die es gibt, sind zeitkritisch und führen f....