Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Otwieranie bariery krew-mózg (BBB) sterowane ultradźwiękami w mikrofluidycznym chipie BBB-glioblastoma do badań nad dostarczaniem leków

179 wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/72041

⸱

18 sierpnia 2026

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Niniejszy protokół opisuje konstrukcję mikrofluidycznego modelu chipa BBB-glioblastoma (BBB-GBM). Model został zwalidowany pod kątem integralności BBB i umożliwia badanie przejściowego i w dużej mierze odwracalnego otwarcia BBB indukowanego ultradźwiękami o niskiej intensywności, co pozwala na ilościową ocenę transportu nanomicel za pośrednictwem ultradźwięków przez BBB oraz efektywności celowania w guz.

Streszczenie

Bariera krew-mózg (BBB) stanowi główną przeszkodę w leczeniu glejaka wielopostaciowego (GBM), ograniczając przenikanie większości cząsteczek terapeutycznych do mózgu. Różnice międzygatunkowe w strukturze i funkcji BBB komplikują translację kliniczną modeli zwierzęcych, co podkreśla potrzebę stworzenia odpowiednich dla ludzi platform BBB in vitro do oceny przepuszczalności leków w terapii GBM. W niniejszym opracowaniu opisano protokół budowy mikrofluidalnego modelu chipa BBB-GBM. Model ten ustanawia system potrójnej hodowli obejmujący ludzkie komórki śródbłonka mikrokrążenia mózgowego (HCMECs), pierwotne astrocyty (ACs) oraz komórki U87-MG w obrębie mikrofluidalnej platformy zatopionej w Matrigelu. Integralność BBB jest weryfikowana poprzez ciągłe barwienie immunocytochemiczne zonula occludens-1 (ZO-1) oraz test przepuszczalności FITC-dekstranu. Następnie zastosowano ultradźwięki (US) o niskiej intensywności (1 MHz, 1 W/cm2, 30 s), aby wywołać przejściowe i w dużej mierze odwracalne otwarcie BBB, co pozwala nanomicelom ukierunkowanym na guz (SFN@RB@SPMs) efektywnie pokonać barierę i nagromadzić się w komórkach GBM. Kluczową cechą tego protokołu jest integracja pomiarów przepuszczalności BBB i dostarczania leków w czasie rzeczywistym w ramach jednego chipa reagującego na ultradźwięki, co zapewnia potężną platformę do analizy mechanizmów dostarczania leków wspomaganego ultradźwiękami w GBM.

Wprowadzenie

Leczenie glejaka wielopostaciowego (GBM) jest w znacznym stopniu ograniczone przez barierę krew-mózg (BBB), która silnie utrudnia przenikanie niemal wszystkich środków terapeutycznych do mózgu1,2. BBB jest tworzona przez niefenestrowane komórki śródbłonka połączone białkami złączy ścisłych (np. okludyną, ZO-1), przy dodatkowym wsparciu pericytów i stóp astrocytarnych3. Chociaż modele zwierzęce dostarczyły cennych informacji na temat funkcji BBB, gatunkowe różnice w fizjologii i metabolizmie ograniczają ich zdolność do dokładnego przewidywania reakcji organizmu człowieka na leki

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Wszystkie procedury dotyczące zwierząt były zgodne z wytycznymi (GB/T35892-2018) dotyczącymi etycznej oceny dobrostanu zwierząt doświadczalnych i zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet Opieki i Korzystania ze Zwierząt (IACUC) Instytutu Przemysłu Życia i Zdrowia w Ningbo, UCAS (numer zatwierdzenia GK-2023-XM-0073). Wykorzystane odczynniki i sprzęt wymieniono w Tabeli materiałów.

1. Wytworzenie i przygotowanie urządzenia organ-on-a-chip BBB-GBM

  1. Projekt chipa i układ fotomaski
    1. Zaprojektuj chipa za pomocą oprogramowania Auto CAD.
      UWAGA: Chip składa się z trzech równoleg....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Podsumowując in vivo strukturę BBP, opracowano mikrofluidyczny chip z potrójną kulturą komórkową, zawierający HCMEC, pierwotne komórki astrocytów oraz komórki U87-MG (nazwany „modelem chipa”). Jak pokazano w Rysunek 1A,Bw urządzeniu rozmieszczono trzy równoległe kanały: naczyniowy (lewy, niebieski), wypełniony Matrigelami kanał mózgu (środkowy, różowy) oraz kanał guza (prawy, zielony), w których odpowiednio wysiano komórki HCMEC, AC oraz U87-MG. Kanały są oddzielone.......

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Niniejszy protokół opisuje sposób tworzenia mikroprzepływowego chipa BBB-GBM do oceny modulacji BBB za pomocą ultradźwięków oraz dostarczania nanomiceli. W porównaniu do konwencjonalnych modeli BBB in vitro (np. Transwell), platforma mikroprzepływowa ta umożliwia przestrzennie zdefiniowaną kokulturę komórek śródbłonka, astrocytów (AC) i komórek glejaka, co pozwala na badanie transportu leków przez fizjologicznie istotną barierę krew-mózg. Kilka krytycznych etapów protokołu wymaga starnej optymalizacji, aby zapew.......

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Podczas przygotowywania niniejszego manuskryptu autorzy korzystali z ChatGPT (OpenAI) wyłącznie w celu redakcji i poprawy języka. Autorzy sprawdzili i zredagowali wszystkie treści przygotowane przy wsparciu AI i biorą pełną odpowiedzialność za dokładność i rzetelność manuskryptu. Narzędzia AI nie były wykorzystywane do generowania danych, analizy ani przygotowywania rycin.

Podziękowania

Z wdzięcznością potwierdzamy otrzymanie finansowania z Zhejiang Provincial Natural Science Foundation (LQ24H160003), Medical Scientific Research Foundation of Zhejiang Province (2024KY351), Ningbo Natural Science Foundation (2023J365), Yongjiang Talent Introduction Programme (Young Innovative Talent Project, 2021A-012-G) oraz Bei’An Talent Programme of Jiangbei District, Ningbo (2023RC004).

....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Przeciwciało wtórne anty-królicze koniugowane z Alexa Fluor 555Cell Signaling Technology, Inc.4413
Przeciwciało anty-ZO-1Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.40-2200
Wycinak do biopsjiZhejiang YoungChip Technology Co., Ltd.10305130004
Seryjna albumina wołowaAbsin Bioscience Inc.9048-46-8
Licznik komórekThermo Fisher Scientific Co., Ltd.Countess TM3
Szalka do hodowli komórek (100 mm)Corning Inc.430167
WirówkaBeckman Coulter, Inc.Avanti J-15R
Maska chromowaSuzhou Chip Scientific Instrument Co.,Ltd.ZX-GBYM
Konfokalny skaningowy mikroskop laserowyCarl Zeiss AGZeiss LSM900
DAPIBeyotime Biotech Inc.C1002
WywoływaczSuzhou Chip Scientific Instrument Co., Ltd.RCD-400
DMEM/F12ScienCell Research LaboratoriesC3130-0500
ECMScienCell Research Laboratories1001
EtanolNingbo Zhenhai Yongfeng Chemical Plant6923193900015
Płodowa surowica wołowaScienCell Research LaboratoriesC04001-500
Fiji (Fiji Is Just ImageJ)Projekt open-sourceN/A
FITC-Dekstran (40 kDa)Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.GC19938
Lamelki szklaneCitotest Scientific Co., Ltd.188105W
Graphpad prism 9.5GraphPad Software, Inc.N/A
Ludzkie komórki śródbłonka mikrokrążenia mózgowego (HCMECs)BeNa Culture CollectionBNCC337717
InkubatorEsco Lifesciences Co., LtdCLM-170B-8-CN
Odwrócony mikroskop fluorescencyjnyNikon Instruments Inc.TS2-FL
IzopropanolSinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.80109218
MatrigelCorning Inc.354234
MEMPricella Life Science & Technology Co., Ltd.PM150410
AzotNingbo Baifang Gas CO., Ltd.N/A
TlenNingbo Baifang Gas CO., Ltd.N/A
Paraformaldehyd (PFA, 4%)Wuhan Servicebio Technology Co., Ltd.G1101-500mL
PBSScienCell Research LaboratoriesC3580-0500
PDMSCorning Inc.220777
Penicylina/streptomycynaPricella Life Science & Technology Co., Ltd.PB180120
FotolitografiaInstytut Optyki i Elektroniki Chińskiej Akademii NaukURE-2000\AL
Płyta grzejna do fotolitografiiSuzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.WH-HP-02
Urządzenie do usuwania pozostałości (Plasma Asher)TIANKECHUANGDA Co., Ltd.PT-05-LF
Pierwotne astrocytyN/AN/AWyizolowane z mózgu noworodka szczura (dzień 1-3)
Wafle krzemoweZhejiang YoungChip Technology Co., Ltd.10204040001
Powlekarka wirująca (Spin Coater)Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.WH-SC-01
SU-8Kayaku Advanced Materials Inc.1030403002
Triton X-100Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.9002-93-1
TrypsynaScienCell Research LaboratoriesC3530-0100
Komórki U87-MGPricella Life Science & Technology Co., Ltd.CL-0238
Urządzenie ultradźwiękowe Shenzhen Dongdixin Technology Co., Ltd.Sonic-Stimu Pro UT1041
Zen3.4(blue edition)Carl Zeiss AGN/A

Bibliografia

  1. Narsinh KH, Perez E, Haddad AF, Young JS, Savastano L, Villanueva-Meyer JE, et al. Strategies to improve drug delivery across the blood-brain barrier for glioblastoma. Curr Neurol Neurosci Rep. 2024;24(5):123-139.
  2. Xie Y, Yang F, He L, Huang H, Chao M, Cao H, et al. Single-cell dissection of the human blood-brain barrier and glioma blood-tumor barrier. Neuron. 2024;112(18):3089-105 e7.
  3. Scalise AA, Kakogiannos N, Zanardi F, Iannelli F, Giannotta M. The blood-brain and gut-vascular barriers: from the perspective of claudins. Tissue Barriers. 2021;9(3):1926190.
  4. Sivandzade F, Cucullo L. In-vitro blood-brain barrier modeling: A review of modern and ....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Model glejaka wielopostaciowegoultrasoniczne otwieranie BBPprzepuszczalność BBPkomórki śródbłonkakokultura astrocytówtest z FITC-dekstranątransport nanomiceli

Ten artykuł został opublikowany

Film wkrótce dostępny