Het meten van veranderingen in de integriteit van de endotheliale barrière van de hersenen met twee op impedantie gebaseerde biosensoren als reactie op kankercellen en cytokines
September 22nd, 2023
Hier demonstreren we de techniek van het gebruik van op impedantie gebaseerde biosensoren: ECIS en cellZscope, voor het meten van de sterkte van de endotheliale barrière van de hersenen. We beschrijven de voorbereiding en techniek van het toevoegen van verschillende stimuli aan een in vitro model van het hersenendotheel. We meten, registreren en geven een representatieve analyse van de bevindingen.
Ons onderzoek richt zich op cerebrale microvasculatuur en de bloed-hersenbarrière. Endotheelcellen in de hersenen reguleren de moleculaire stroom naar de hersenen. We gebruiken op impedantie gebaseerde biosensoren om de barrière-integriteit bij ziekten te beoordelen.
Met gelijktijdige analyse en meerdere behandelingsvariabelen hebben we al vastgesteld dat verschillende kankercellijnen het endotheel van de hersenen zullen verstoren. Belangrijk is dat we hebben vastgesteld dat dit niet voornamelijk wordt gemedieerd door proteasen of cytokines, maar in plaats daarvan een functie kan zijn van kankergerelateerde vesiculaire lichamen. We bestuderen hoe uitgezaaide kankers endotheelcellen in de hersenen verstoren, de hersenen binnendringen en secundaire tumoren vormen.
Met behulp van op impedantie gebaseerde biosensoren onderzoeken we deze interactie om cerebrale vasculatuurcompromittering en ziekte te begrijpen. Ons doel is om doelen te identificeren en te blokkeren om onze endotheelcellen in de hersenen te redden van verstoring. In dit protocol beschrijven we wijzigingen die zijn aangebracht op basis van vijf tot zeven jaar ervaring die zullen helpen de reproduceerbaarheid en robuustheid van het gebruik van beide op impedantie gebaseerde technologieën te vergroten.
De voordelen en beperkingen van beide systemen ten opzichte van andere technologieën worden in het manuscript besproken. Met behulp van deze technologie kunnen we verschillende eigenschappen van microvasculaire endotheelcellen in de hersenen tegelijkertijd en in realtime onderzoeken. We hebben vastgesteld dat kankercellen en cytokinen de endotheelbarrière kunnen verstoren.
Vervolgens zullen we beoordelen of het blokkeren van deze adhesiemoleculen of receptoren helpt om de endotheelbarrière van de hersenen te beschermen, zoals gemeten met behulp van deze technieken.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit onderzoek onderzoekt de integriteit van de bloed-hersenbarrière die wordt bemiddeld door hersendoptheliumcellen door middel van de inzet van op impedantie gebaseerde biosensoren. Met behulp van een in vitro model analyseren we interacties van kankercellen en hun impact op de sterkte van de barrière.
Belangrijke onderzoekscomponenten
Onderzoeksgebied
- Cerebrale microvatculatuur
- Bloed-hersenbarrière
- Cellulaire interacties bij kanker
Achtergrond
- Hersendoptheliumcellen beheersen de moleculaire stroom naar de hersenen.
- Op impedantie gebaseerde technologieën helpen bij het beoordelen van de integriteit van de barrière.
- Metastatische kankers kunnen de functies van endotheelcellen verstoren.
Gebruikte methoden
- Op impedantie gebaseerde biosensoren (ECIS, cellZscope)
- In vitro hersendoptheliummodellen
- Behandelingsbeoordeling met cytokinen en kankercellen
Belangrijkste resultaten
- Kankercellen verminderen de barrièreweerstand aanzienlijk.
- Er werden tijdelijke effecten van cytokinen op de barrière waargenomen.
- Geoptimaliseerde protocollen verbeterden de experimentele reproduceerbaarheid.
Conclusies
- Deze studie illustreert de mechanismen waarmee metastatische kanker de integriteit van hersendopthelium beïnvloedt.
- De bevindingen zijn cruciaal voor de ontwikkeling van therapeutische strategieën om de bloed-hersenbarrière te beschermen in ziektecontexten.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Impedance-based biosensors enable quantitative, real-time assessment of brain endothelial barrier integrity, a critical inflection point in neuro-oncology and neuroinflammation research. High-throughput, multiplexed analysis of cancer cell and cytokine effects on the blood-brain barrier (BBB) supports predictive confidence in target validation and mechanistic de-risking. These capabilities inform early-stage portfolio decisions and translational strategies for CNS-targeted therapeutics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of BBB disruption mechanisms by cancer cells and cytokines.
- Supports functional validation of molecular targets that safeguard endothelial integrity.
- Facilitates mechanistic de-risking by distinguishing protease/cytokine versus vesicular disruption pathways.
- Provides predictive confidence for advancing BBB-protective strategies.
Screening & Assay Development
- Delivers standardized, reproducible impedance-based readouts for barrier function assays.
- Enables high-throughput, concurrent evaluation of multiple treatments and variables.
- Supports quantitative comparison of compound or biologic effects on endothelial resistance.
- Prepares validated in vitro systems for downstream screening and mechanistic studies.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro BBB models with disease-relevant mechanisms observed in metastatic cancer and neuroinflammation.
- Enables continuity from discovery-stage findings to preclinical validation of BBB-targeted interventions.
- Supports risk-adjusted advancement of candidates with demonstrated barrier-protective effects.
Pipeline & Workflow Integration
Impedance-based BBB integrity assays position within the early discovery to lead identification continuum, enabling mechanistic hypothesis testing and functional screening prior to preclinical model selection.
- Discovery Biology: Quantifies barrier disruption and recovery, clarifying molecular pathways of BBB compromise.
- Screening: Provides reproducible, high-throughput impedance measurements for assay standardization.
- Analytics: Generates quantitative resistance data for robust statistical comparison across treatments.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to in vivo models of CNS disease when supported by mechanistic alignment.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, reusable platform for ongoing BBB-targeted R&D initiatives.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in BBB-targeted hypothesis testing and target validation.
- Operational Value: Enhances reproducibility, scalability, and standardization of barrier integrity assays.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk in CNS portfolios.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of candidates with validated BBB-protective mechanisms.
Implementation Considerations
- Requires expertise in endothelial cell culture and impedance-based assay operation.
- Demands access to ECIS or cellZscope instrumentation and compatible analytical software.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of cell seeding, treatment timing, and data normalization.
- Adaptation across different endothelial models may require protocol optimization for reproducibility.
- Data interpretation must account for transient versus sustained barrier effects and replicate variability.
