An In Vitro Model for Studying Pathogen Crossing of the Blood-Brain Barrier and Brain Cell Infection
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowetenschap
0 weergaven • 2:41 min • July 8th, 2025
Take an in vitro blood-brain barrier, or BBB, model comprising two compartments separated by a porous membrane.
The upper or luminal compartment contains microvascular endothelial cells. These cells express tight junctions, mimicking the blood-brain barrier endothelium that limits the passage of cells and molecules.
The lower or abluminal compartment contains neurons, astrocytes, and microglia, representing the brain parenchyma.
Introduce a neurotropic virus into the luminal compartment to simulate a blood-borne infection and incubate.
The virus is endocytosed by the endothelial cells, undergoes intracellular trafficking within vesicles, and is released on the abluminal side.
Post-incubation, remove the upper chamber. Sample the medium from the abluminal side to assess the viral quantity, confirming the successful crossing of the endothelial layer.
Add fresh medium and incubate again.
The virus enters the neural cells via endocytosis, replicates, and releases viral progeny.
Quantify the increased extracellular viral load to confirm viral neuroinvasion and replication.
After setting up a BBB mini brain device, as demonstrated, add 3,500 plaque forming units of the French neurotropic virus strain of yellow fever virus, diluted in 50 microliters of 2% FBS endothelial cell medium very carefully on top of the luminal compartment. Inoculate the control BBB mini brain with 50 microliters of 2% FBS endothelial cell medium without virus. Then, place the virus exposed BBB mini brain device in the incubator for 24 hours.
The next day, remove the inserts to determine the endothelial cell permeability in a companion well, as just demonstrated, and save 1 milliliter of sample from each well to determine the virus titer in the abluminal compartment.
Under the insert gently to avoid leakage of the luminal compartment into the abluminal compartment.
Overzicht
Deze studie presenteert een in vitro model van de bloed-hersenbarrière (BBB) om de neuroinvasie van een neurotropisch virus te onderzoeken. Het model bestaat uit microvasculaire endotheelcellen en parenchymale hersencellen, waardoor de virale infectie en replicatie gesimuleerd kunnen worden.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Virologie
- Celbiologie
Achtergrond
- De bloed-hersenbarrière is cruciaal voor het beschermen van de hersenen tegen pathogenen.
- Neurotrope virussen kunnen deze barrière passeren, wat leidt tot infecties.
- Het begrijpen van de mechanismen van virale entry en replicatie in de hersenen is essentieel voor de ontwikkeling van therapeutische strategieën.
- In vitro modellen kunnen inzicht verschaffen in deze processen.
Doel van de studie
- Om een BBB-model te vestigen voor het bestuderen van virale neuroinvasie.
- Om de virale load te kwantificeren na het passeren van de endotheellaag.
- Om de replicatie van het virus in neurale cellen te beoordelen.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een tweekompartimenten-BBB-model met endotheelcellen en hersenparenchymcellen.
- Introductie van een neurotroop virus in het luminale compartiment.
- Beoordeling van de virushoeveelheid in het abluminale compartiment na incubatie.
- Evaluatie van de permeabiliteit van endotheelcellen en virale replicatie in neurale cellen.
Belangrijkste resultaten
- Het virus passeerde succesvol de endotheellaag en werd aangetroffen in het abluminale compartiment.
- Een verhoogde extracellulaire virale load bevestigde virale replicatie in neurale cellen.
- Het BBB-model bootste de condities van een virale infectie effectief na.
- De permeabiliteit van de endotheelcellen werd beoordeeld om het mechanisme van virale entry te begrijpen.
Conclusies
- Het in vitro BBB-model is een waardevol instrument voor het bestuderen van het gedrag van neurotrope virussen.
- De bevindingen verbeteren het begrip van de mechanismen van virale neuroinvasie.
- Dit model kan bijdragen aan de ontwikkeling van therapeutische interventies tegen virale infecties van de hersenen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Leidinggevenden
Dit in vitro-model van de bloed-hersenbarrière maakt mechanische risicoreductie bij studies naar neurotrope pathogenen mogelijk door transcytose en neurale infectie te simuleren in een gecontroleerd systeem. Het ondersteunt de validatie van targets en de ontwikkeling van assays voor antivirale kandidaten door kwantitatieve meetwaarden te leveren van barrièrepenetratie en virale replicatie. Het model vergroot de voorspellende betrouwbaarheid in de vroege ontdekkingsfase door endotheliaal transport te koppelen aan daaropvolgende resultaten van neuro-invasie.
Strategische toepassingen in BioPharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Onderzoekt therapeutische hypothesen met betrekking tot pathogenen-oversteekmechanismen en neurale celtropisme.
- Operationele waarde: Maakt functionele doelwitvalidatie mogelijk van gastheerfactoren die betrokken zijn bij virale transcytose en entry.
- Voorspellende waarde: Ondersteunt portfolio-triage door verbindingen die de oversteek van de bloed-hersenbarrière remmen te onderscheiden van verbindingen die gericht zijn op intracellulaire replicatie.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Klaarheid van de assay: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op het screenen van verbindingen die virale transcytose of neurale infectie blokkeren.
- Kwantitatieve output: Levert een meetbare virale titer in het abluminale compartiment als maatstaf voor de efficiëntie van de barrièrepenetratie.
- <Schaalbaarheid: Ondersteunt het hergebruik van het platform voor neurotrope virussen om antivirale screeningsworkflows te standaardiseren.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Ziekterelevantie: Modelleert mens-relevante neuro-invasie met behulp van neuronen, astrocyten en microglia om de complexiteit van het hersenparenchym weerspiegelen.
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen in vitro bevindingen en preklinische modellen door virale replicatie en de afgifte van nakomelingen in neurale cellen te bevestigen.
- Risico-gecorrigeerde beslissingen: Informeert go/no-go-criteria op basis van de vermindering van de abluminale virale load en neurale infectiemarkers.
Integratie van pipeline en workflow
Het model past binnen het ontdekkingscontinuüm van targetvalidatie via lead-identificatie tot preklinische effectiviteitstesten, in het bijzonder voor antivirale middelen gericht op het CZS.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt het testen van hypothesen over virale entry-routes en gastheer-pathogeen-interacties bij de interface van de BBB.
- Screening: Maakt assay-standaardisatie mogelijk voor het kwantificeren van inhiberende effecten op virale transcytose en replicatie.
- Analytica: Genereert kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen (virale titer, extracellulaire load) om behandelingscondities te vergelijken.
- Translationeel onderzoek: Verbindt gegevens over barrièrepenetratie met resultaten van neurale infecties voor mechanische risicoreductie.
- Bedrijfsvoering en hergebruik: Fungeert als een herbruikbaar platform voor het evalueren van diverse neurotrope pathogenen en therapeutische kandidaten.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanistische ambiguïteit in studies naar neuro-invasie door endotheliaal transport te isoleren van neurale infectie.
- Operationele waarde: Waarborgt reproduceerbaarheid via een gestandaardiseerd gecompartimentaliseerd ontwerp en kwantificeerbare virale read-outs.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door de effectiviteit van barrièrepenetratie te onderscheiden van intracellulaire antivirale activiteit.
- Impact op portfolio: Maakt risicogestuurde prioritering mogelijk van kandidaten die een dubbele werking vertonen op zowel oversteek als replicatie.
Overwegingen voor Implementatie
- Vereist expertise in celkweek van endotheel-, neuronale, astrocytaire en microgliale cellen onder barrière-inducerende condities.
- Afhankelijk van instrumentatie voor virale kwantificering (bijv. plaque-assay, qPCR) en permeabiliteitsbeoordeling.
- Maakt cross-team standaardisatie van het virale inoculum, incubatietijden en bemonsteringsprotocollen noodzakelijk.
- Omvat overwegingen voor adaptatie bij uitbreiding naar niet-humane cellijnen of alternatieve pathogeenmodellen.
- Praktische beperkingen omvatten modelafhankelijkheid van de integriteit van tight junctions en potentiële variabiliteit in het neurotropisme van de virale stam.
Veelgestelde vragen over Biopharma
Een benchtop benadering van de locatie specifieke bloed hersenbarrière opening met behulp van gerichte echografie in een rat model
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Verstoring van de bloed-hersenbarrière van muizen door kleine extracellulaire blaasjes van hypoxische menselijke placenta's
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Reconstructie van de bloed-hersenbarrière in vitro om neurologische aandoeningen te modelleren en therapeutisch aan te pakken
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Genereren van een geïmmortaliseerde Murine Brain microvasculaire endotheliale cellijn als
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Oprichting van een
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Een
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Analyse van lymfocyt extravasatie gebruik van een
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Verbeterde methode voor de vaststelling van een In Vitro bloed - hersenbarrière Model gebaseerd op varkens Endothelial hersencellen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Een Model Interface menselijke Blood-Brain barrière kruisingen door ziekteverwekkers of geneesmiddelen en hun interacties met de hersenen bestuderen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Analyseren van de permeability van de bloed-hersenbarrière door microbiële traversal door middel van microvasculaire endotheliale cellen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026