Beroerte is wereldwijd een van de belangrijkste doodsoorzaken en langdurige invaliditeit1. De incidentie van beroerte neemt snel toe met de leeftijd en verdubbelt elke 10 jaar na de leeftijd van 552. Ischemische beroerte treedt op als gevolg van verstoring van de cerebrale bloedstroom als gevolg van trombotische en embolische gebeurtenissen, die meer dan 80% van alle gevallen van beroerte omvat3. Zelfs nu zijn er relatief weinig behandelingsopties beschikbaar om weefseldood na ischemische beroerte te minimaliseren. De behandelingen die er wel zijn, zijn tijdgevoelig en leiden bijgevolg niet altijd tot goede klinische resultaten. Daarom is onderzoek naar complexe cellulaire mechanismen van ischemische beroerte die het herstel na een beroerte beïnvloeden dringend nodig.
De BBB is een dynamische interface voor de uitwisseling van moleculen tussen het bloed en het hersenparenchym. Structureel bestaat de BBB uit microvasculaire endotheelcellen van de hersenen die onderling verbonden zijn door junctionele complexen omgeven door een keldermembraan, pericyten en astrocytische endfeet4. Pericyten en astrocyten spelen een essentiële rol bij het behoud van de integriteit van BBB door de afscheiding van verschillende factoren die nodig zijn voor de vorming van sterke, tight junctions 5,6. De afbraak van de BBB is een van de kenmerken van ischemische beroerte. Acute ontstekingsreactie en oxidatieve stress geassocieerd met cerebrale ischemie resulteert in de verstoring van tight junction eiwitcomplexen en ontregelde overspraak tussen astrocyten, pericyten en endotheelcellen, wat leidt tot verhoogde paracellulaire opgeloste permeabiliteit over de BBB7. BBB-disfunctie bevordert verder de vorming van hersenoedeem en verhoogt het risico op hemorragische transformatie8. Gezien al het bovenstaande is er grote interesse in het begrijpen van de moleculaire en cellulaire veranderingen die optreden op BBB-niveau tijdens en na ischemische beroerte.
Hoewel veel in vitro BBB-modellen de afgelopen decennia zijn ontwikkeld en in verschillende onderzoeken zijn gebruikt, kan geen van hen in vivo omstandigheden volledig repliceren9. Hoewel sommige modellen gebaseerd zijn op endotheelcelmonolagen gekweekt op goed ingebrachte permeabele steunen alleen of in combinatie met pericyten of astrocyten, hebben alleen recentere studies drievoudige celkweekmodelontwerpen geïntroduceerd. Bijna alle bestaande BBB-modellen met drievoudige cultuur bevatten primaire hersen endotheelcellen samen met astrocyten en pericyten geïsoleerd uit diersoorten of cellen afgeleid van menselijke pluripotente stamcellen 10,11,12,13.
Erkennend de noodzaak om de menselijke BBB in vitro beter samen te vatten, hebben we een drievoudig celkweek in vitro BBB-model opgezet dat bestaat uit microvasculaire endotheelcellen (HBMEC), primaire menselijke astrocyten (HA) en primaire vasculaire pericyten van de menselijke hersenen (HBVP). Dit BBB-model met drie kweken is opgesteld op 6-wells plaat, polyester membraaninzetstukken met een poriegrootte van 0,4 μm. Deze putinzetstukken bieden een optimale omgeving voor celaanhechting en bieden gemakkelijke toegang tot zowel apicale (bloed) als basolaterale (hersenen) compartimenten voor mediumbemonstering of samengestelde toepassing. De kenmerken van dit voorgestelde BBB-model met drievoudige celcultuur worden beoordeeld door teer en paracellulaire flux na OGD te meten die ischemische beroerte in vitro nabootst, met een tekort aan zuurstof (<1% O2) en voedingsstoffen (met behulp van glucosevrij medium) bereikt door een bevochtigde, afgesloten kamer te gebruiken. Bovendien worden geïnduceerde ischemische-achtige aandoeningen in dit model nauwkeurig geverifieerd door directe visualisatie van hypoxische cellen.