Medición de cambios en la integridad de la barrera endotelial cerebral con dos biosensores basados en impedancia en respuesta a células cancerosas y citocinas
22 de septiembre de 2023
Aquí demostramos la técnica de uso de biosensores basados en impedancia: ECIS y cellZscope, para medir la fuerza de la barrera endotelial cerebral. Detallamos la preparación y técnica de adición de diversos estímulos a un modelo in vitro del endotelio cerebral. Medimos, registramos y damos un análisis representativo de los hallazgos.
Nuestra investigación se centra en la microvasculatura cerebral y la barrera hematoencefálica. Las células endoteliales cerebrales regulan el flujo molecular hacia el cerebro. Utilizamos biosensores basados en impedancia para evaluar la integridad de la barrera en la enfermedad.
Con análisis concurrentes y múltiples variables de tratamiento, ya hemos establecido que varias líneas celulares de cáncer alterarán el endotelio cerebral. Es importante destacar que hemos establecido que esto no está mediado predominantemente por proteasas o citocinas, sino que podría ser una función de los cuerpos vesiculares relacionados con el cáncer. Estamos estudiando cómo los cánceres metastásicos alteran las células endoteliales del cerebro, ingresan al cerebro y forman tumores secundarios.
Utilizando biosensores basados en impedancia, exploramos esta interacción para comprender el compromiso de la vasculatura cerebral y la enfermedad. Nuestro objetivo es identificar y bloquear objetivos para salvar las células endoteliales de nuestro cerebro de la interrupción. En este protocolo, detallamos las modificaciones realizadas a partir de cinco a siete años de experiencia que ayudarán a aumentar la reproducibilidad y la robustez del uso de ambas tecnologías basadas en impedancia.
En el manuscrito se discuten las ventajas y limitaciones de ambos sistemas en comparación con otras tecnologías. Con esta tecnología, podemos investigar varias propiedades de las células endoteliales microvasculares cerebrales de forma simultánea y en tiempo real. Hemos establecido que las células cancerosas y las citocinas pueden alterar la barrera endotelial.
A continuación, evaluaremos si el bloqueo de estas moléculas o receptores de adhesión ayuda a proteger la barrera endotelial cerebral, medida mediante estas técnicas.
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Descripción general
Esta investigación examina la integridad de la barrera hematoencefálica mediada por células endoteliales cerebrales mediante el uso de biosensores basados en impedancia. Mediante un modelo in vitro, analizamos las interacciones de las células cancerosas y su impacto en la resistencia de la barrera.
Componentes Clave del Estudio
Área de Investigación
- Microvasculatura cerebral
- Barrera hematoencefálica
- Interacciones celulares en el cáncer
Antecedentes
- Las células endoteliales cerebrales controlan el flujo molecular hacia el cerebro.
- Las tecnologías basadas en impedancia ayudan a evaluar la integridad de la barrera.
- Los cánceres metastásicos pueden alterar las funciones de las células endoteliales.
Métodos Utilizados
- Biosensores basados en impedancia (ECIS, cellZscope)
- Modelos in vitro del endotelio cerebral
- Evaluación de tratamientos que involucran citoquinas y células cancerosas
Resultados principales
- Las células cancerosas reducen significativamente la resistencia de la barrera.
- Se observaron efectos transitorios de las citoquinas sobre la barrera.
- Los protocolos optimizados mejoraron la reproducibilidad experimental.
Conclusiones
- Este estudio ilustra los mecanismos mediante los cuales el cáncer metastásico afecta la integridad endotelial cerebral.
- Los hallazgos son cruciales para desarrollar estrategias terapéuticas que protejan la barrera hematoencefálica en contextos de enfermedad.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Los biosensores basados en impedancia permiten la evaluación cuantitativa y en tiempo real de la integridad de la barrera endotelial cerebral, un punto crítico en la investigación de neurooncología y neuroinflamación. El análisis multiplexado y de alto rendimiento de los efectos de las células cancerosas y las citocinas sobre la barrera hematoencefálica (BBB) respalda la confianza predictiva en la validación de dianas y la reducción de riesgos mecanicistas. Estas capacidades orientan las decisiones de cartera en fases tempranas y las estrategias traslacionales para fármacos dirigidos al sistema nervioso central.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite investigar los mecanismos de alteración de la BHE por células cancerosas y citoquinas.
- Apoya la validación funcional de dianas moleculares que protegen la integridad endotelial.
- Facilita la reducción de riesgos mecanicistas al distinguir entre vías de alteración proteasa/citoquina frente a vías vesiculares.
- Proporciona confianza predictiva para avanzar en estrategias protectoras de la BHE.
Desarrollo de Pruebas y Cribado
- Proporciona lecturas estandarizadas y reproducibles basadas en impedancia para ensayos de función de barrera.
- Permite la evaluación simultánea y de alto rendimiento de múltiples tratamientos y variables.
- Facilita la comparación cuantitativa de los efectos de compuestos o productos biológicos sobre la resistencia endotelial.
- Prepara sistemas in vitro validados para cribados posteriores y estudios mecanicistas.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Alinea modelos in vitro de la BHE con mecanismos relevantes para la enfermedad observados en cáncer metastásico y neuroinflamación.
- Permite la continuidad desde hallazgos en fase de descubrimiento hasta la validación preclínica de intervenciones dirigidas a la BHE.
- Apoya el avance ajustado al riesgo de candidatos con efectos protectorios demostrados sobre la barrera.
Integración de la Línea de Producción y Flujo de Trabajo
Los ensayos de integridad de la BHE basados en impedancia se sitúan dentro del continuo desde el descubrimiento temprano hasta la identificación de fármacos candidatos, permitiendo la verificación de hipótesis mecanicistas y la selección funcional antes de la elección del modelo preclínico.
- Biología del Descubrimiento: Cuantifica la alteración y recuperación de la barrera, aclarando las vías moleculares del deterioro de la BHE.
- Tamizaje: Proporciona mediciones de impedancia reproducibles y de alto rendimiento para la estandarización de ensayos.
- Análisis: Genera datos cuantitativos de resistencia para comparaciones estadísticas sólidas entre diferentes tratamientos.
- Investigación Traducional: Conecta hallazgos in vitro con modelos in vivo de enfermedades del SNC cuando existe alineación mecanicista.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma escalable y reutilizable para iniciativas continuas de I+D dirigidas a la BHE.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en las pruebas de hipótesis y validación de objetivos dirigidos a la BHE.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad, escalabilidad y estandarización de los ensayos de integridad de la barrera.
- Valor estratégico: Orienta las decisiones de continuar o descartar y reduce el riesgo biológico en etapas avanzadas en carteras de SNC.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo de candidatos con mecanismos protectores de la BHE validados.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en cultivo de células endoteliales y manejo de ensayos basados en impedancia.
- Exige acceso a instrumentación ECIS o cellZscope y software analítico compatible.
- Necesita una estandarización rigurosa entre equipos en cuanto al siembra celular, momento de las tratamientos y normalización de datos.
- La adaptación a diferentes modelos endoteliales puede requerir optimización del protocolo para lograr reproducibilidad.
- La interpretación de los datos debe considerar los efectos transitorios frente a los sostenidos en la barrera, así como la variabilidad entre réplicas.
