Aufzeichnung der funktionellen Barriereintegrität auf bEnd.3 vaskulären Endothelzellen mittels transendothelialer elektrischer Widerstandsdetektion
29. September 2023
Dieses Protokoll beschreibt ein zuverlässiges und effizientes In-vitro-Modell der Blutschranke des Gehirns. Die Methode verwendet zerebrale vaskuläre Endothelzellen der Maus bEnd.3 und misst den elektrischen Widerstand der Transmembran.
Aktuelle Studien verwenden in der Regel Permeabilitätstests und die damit verbundene Proteinexpression, um die Genauigkeit des TEER-Nachweises zu überprüfen. Das BHS-Modell von Monolayer-Zellen ist für das Wirkstoff-Screening weniger effektiv, und die Verwendung von mehr Zellen erschwert die Konstruktion des Modells. Das Protokoll dieser Studie ist relativ einfach, da das nicht-invasive Verfahren es ermöglicht, die Zellproben nach dem TEER-Nachweis in anderen Experimenten zu verwenden.
Der Nachweis von TEER zur Beurteilung der Permeabilität von Zellmodellen kann das Screening von Medikamenten zur Behandlung und Prävention des zentralen Nervensystems beschleunigen, um die Erfolgsrate der Entwicklung neuer Medikamente zu erhöhen. In Zukunft werden wir die Expression des Tight-Junction-Proteins in Zellen des oberen Kompartiments der Brustwand nachweisen, um zu überprüfen, ob TEER-Testergebnisse die Integrität der BHS-Barrierefunktion effektiv darstellen können.
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Übersicht
Diese Studie stellt ein zuverlässiges in-vitro-Modell der Blut-Hirn-Schranke (BBB) unter Verwendung von zerebralen vaskulären Endothelzellen der Maus (bEnd.3) vor. Das Modell bewertet den transmembranen elektrischen Widerstand (TER), um die Integrität der BBB zu überprüfen, und ermöglicht dadurch die Arzneimittelscreening für Therapien des zentralen Nervensystems.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Zellbiologie
- Neurowissenschaften
- Pharmakologie
Hintergrund
- Die Blut-Hirn-Schranke ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Homöostase im zentralen Nervensystem.
- Herkömmliche In-vitro-Modelle eignen sich aufgrund von Einschränkungen in der zellulären Komplexität weniger gut für die Arzneimittelprüfung.
- Diese Studie behebt diese Einschränkungen, indem sie eine einfachere, nicht-invasive Methode vorstellt.
Zweck der Studie
- Verbesserung der Beurteilung der BBB-Integrität mittels Messung des transendothelialen elektrischen Widerstands (TER).
- Vereinfachung der Untersuchung von Wirkstoffen, die auf zentralnervöse Erkrankungen abzielen.
- Überprüfung des Zusammenhangs zwischen TER-Werten und der Expression von Tight-Junction-Proteinen.
Verwendete Methoden
- Die Studie verwendete eine bEnd.3-Zellkultur, die in Form eines 96-Loch-Plattenformats ausgesät und kultiviert wurde.
- Zu den wichtigsten Interventionen gehörte die Zugabe von Kobaltchlorid zur Beurteilung der zellulären Vitalität und Barrierintegrität.
- TEER-Werte wurden über die Zeit aufgezeichnet, um die Bildung und Stabilität des BBB-Modells zu bestimmen.
- Es wurde eine statistische Analyse durchgeführt, um Kontroll- und behandelte Gruppen zu vergleichen.
Hauptergebnisse
- Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Abnahme der TEER-Werte nach Behandlung mit Kobaltchlorid, was auf eine beeinträchtigte BBB-Integrität hinweist.
- Die Studie zeigte das Potenzial der Nutzung von TER als zuverlässige Methode zur Beurteilung der Wirkstoffeffekte auf die BBB.
- Die Stabilität der Zellbarriere wurde am fünften Tag erreicht, was die Wirksamkeit der Methode unterstreicht.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie demonstriert einen vereinfachten und effektiven Ansatz zur Beurteilung der Integrität der Blut-Hirn-Schranke in der Arzneimittelentwicklung.
- Die Ergebnisse könnten das Verständnis therapeutischer Interventionen bei Erkrankungen des zentralen Nervensystems verbessern.
- Die beschriebenen Methoden könnten für weiterreichende Anwendungen in der pharmakologischen Forschung angepasst werden.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die Messung des transendothelialen elektrischen Widerstands (TEER) in bEnd.3-Monolayer-Modellen liefert eine quantitative, nicht-invasive Aussage über die Integrität der Blut-Hirn-Schranke (BBB) und unterstützt damit direkt die frühe Phase der ZNS-Wirkstoffforschung. Dieser Ansatz ermöglicht eine schnelle Beurteilung von Schrankenstörungen und deren Wiederherstellung und liefert somit Hinweise zur Zielvalidierung sowie zur mechanistischen Entschärfung von Risiken in neurotherapeutischen Wirkstoffportfolios. Die Integration von TEER-basierten BBB-Modellen erhöht die Vorhersagesicherheit an der Schnittstelle zwischen Entdeckungsbiologie und präklinischer Bewertung.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die direkte Untersuchung der funktionellen Integrität der Blut-Hirn-Schranke unter kontrollierten Bedingungen.
- Unterstützt die mechanistische Risikominimierung durch Quantifizierung der Barrierestörung infolge hypoxischer oder pharmakologischer Noxen.
- Erleichtert die funktionelle Target-Validierung für ZNS-Wirkstoffkandidaten, die die Barriereeigenschaften beeinflussen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet eine reproduzierbare, skalierbare Plattform zur quantitativen Beurteilung der Barrierefunktion.
- Standardisiert Assay-Bedingungen für den Vergleich der Wirkung von Substanzen auf die Integrität der Blut-Hirn-Schranke.
- Ermöglicht Echtzeit-Messungen ohne Zerstörung der Probe, geeignet für iterative Screening-Workflows.
Translationale und präklinische Forschung
- Ermöglicht die Abstimmung von in-vitro-Barrierefunktionsmessungen mit translationsorientierten Biomarkerstrategien für ZNS-Programme.
- Ermöglicht Kontinuität von mechanistischen Studien im Entdeckungsstadium bis zur präklinischen Validierung von BBB-modulierenden Substanzen.
- Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung durch Quantifizierung funktioneller Ergebnisse, die für die ZNS-Exposition relevant sind.
Pipeline- und Workflow-Integration
TEER-basierte BBB-Modelle nehmen eine Schnittstellenposition zwischen der frühen Entdeckung, der Identifizierung von Wirkstoffkandidaten und der präklinischen Bewertung von zentralnervensystemwirksamen Substanzen ein.
- Entdeckungsbiochemie Quantifiziert die Barrierefunktion, um Hypothesen über die Modulation der Blut-Hirn-Schranke und Verletzungsmechanismen zu testen.
- Screening: Liefert standardisierte, quantitative Ergebnisse für die Triagierung und Priorisierung von Verbindungen.
- Analytik: Ermöglicht den statistischen Vergleich von Widerstandswerten über experimentelle Bedingungen und Zeitpunkte hinweg.
- Translationale Forschung: Verbindet Daten zur Integrität von in-vitro-Barrieren mit in-vivo-Expositions- und Biomarkerstrategien.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet eine wiederverwendbare, nicht destruktive Testplattform für laufende Forschungskampagnen zu CNS-Wirkstoffen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bezüglich BBB-gerichteter Mechanismen und verringert biologische Mehrdeutigkeiten.
- Operationaler Wert: Vereinfacht den Assayaufbau, verbessert die Reproduzierbarkeit und ermöglicht die Anpassung an Hochdurchsatzverfahren.
- Strategischer Wert: Verbessert die Entscheidungsfindung hinsichtlich Projektfortführung oder -einstellung und die Kapitalallokation für ZNS-Projektportfolios.
- Portfolio-Implikation: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung von Assets basierend auf funktionellen BBB-Ergebnissen.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Kultivierung endothelialer Zellen und in der Messung des transendothelialen elektrischen Widerstands (TEER).
- Benötigt Kalibrierung und Wartung von Voltmeter- und Elektrodensystemen für zuverlässige Ergebnisse.
- Profitiert von standardisierten Protokollen, um die Reproduzierbarkeit zwischen verschiedenen Arbeitsgruppen sicherzustellen.
- Einsatzmöglichkeiten für verschiedene zentralnervensystemrelevante Zelltypen sowie unter hypoxischen oder pharmakologischen Bedingungen.
- Eingeschränkt durch die Einfachheit von Einschichtmodellen im Vergleich zur komplexen in-vivo-BBB-Architektur.
Biopharma-FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:17
Culture of bEnd·3 Cells and Cell Viability After CoCl2 Treatment
3:47
In Vitro Blood‐Brain Barrier Model Assembly for Measurement of TEER
7:24
Barrier Destruction and Statistical Analysis After TEER Measurement in an In Vitro Blood‐Brain Barrier Model
