$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Барьер крови-мозг (BBB) защитный барьер ограничивая приток компонентов плазмы в ткань мозга и состоит из эндотелиальных клеток мозга наряду с поддерживающими клетками, такими как перициты. Основная роль BBB заключается в том, чтобы служить в качестве барьера, который уплотняет пространство между периферической крови и центральной нервной системы (ЦНС) для поддержания гемостаза нервной микросреды1,2. Капиллярные эндотелиальные клетки мозга эффективно уплотняют параклеточный путь через образование межклеточных узких узлов (TJs)1. Этот защитный барьер позволяет глюкозе и выбранным питательным веществам проникать в мозг, в то время как он предотвращает прохождение через этот жесткий барьер большинство ионов, токсичных веществ и лекарств. Помимо своей защитной роли, функция естественного барьера BBB представляет собой серьезную проблему в разработке систем доставки лекарств, ориентированных на ЦНС.
Модели культуры клеток In vitro BBB являются полезными инструментами для изучения его биологии и понимания влияния лечения наркотиками на целостность Барьера TJ. Мы использовали микрососудистую эндотелиальную линию мозга человека (hCMEC/D3) в качестве модели in vitro, так как она является общепринятой моделью эндотелия мозга человека3 и резюмирует многие функции человеческого BBB. hCMEC/D3is один из наиболее часто используемых клеточныхлиний для моделирования BBB in vitro 4,5,6,7,8. Несмотря на свои сравнительно низкие значения трансэндотелиального электрического сопротивления (TEER), мера герметичности барьера, эта линия клетки сохраняет большую часть морфологических и функциональных свойств эндотелиальных клеток мозга, даже как монокультура при отсутствии cocultured глиальных клеток6,7. Линия клеток hCMEC/D3 выражает несколько маркеров BBB, включая активные транспортеры и рецепторы до приблизительно прохождения 35 без прохождения дедифференцирования к нестабильным фенотипам6,7,9 ,10,11. Наиболее поразительной характеристикой линии клеток hCMEC/D3 в качестве моделиin vitro BBB является ее способность формировать TJs 5,9,11,12. Следует отметить, что, хотя стволовые клетки полученных bBB модели показали более высокую проницаемость во многих исследованиях по сравнению с hCMEC / D3 клеточной линии, и они выражают некоторые маркеры BBB, они еще не развиваться как наиболее распространенные модели BBB ячейки13. Важно отметить, что стволовые клетки, полученные bBB модели по-прежнему характеризуются по отношению к максимальным числам прохода, которые позволяют клеткам поддерживать стабильные фенотипы BBB14.
Три основных метода обычно используются для определения целостности барьера TJ, включая измерение TEER, измерение коэффициента проницаемости (Papp) малых гидрофильных молекул трассировщика, таких как сахароза, инулин, Люцифер желтый, и т.д. и иммуно-пятно известных молекулярных маркеров TJs, таких как claudin-5, ЗО-1, окклудин и т.д.5. TEER является относительно простым и количественным методом, который измеряет электрическое сопротивление черезмонослои клеток, культивированные на пористых мембранных субстратах 5. Однако значения TEER могут зависеть от экспериментальных переменных, таких как состав культуры и тип измерительного прибора. Вероятное сочетание этих факторов приводит к широкому распределению значений TEER в диапазоне от 2 до 1150 см2 в линии клеток hCMEC/D3, культивируется в течение 2-21 дней13. Immunostaining является визуальным методом, чтобы определить наличие TJ белков путем маркировки целевого белка с использованием антител. Тем не менее, иммуностоирование включает в себя ряд экспериментальных шагов, в том числе необходимость исправить / пермяки клеток, которые могут привести к экспериментальным артефактов и флуоресцентные сигналы могут исчезать с течением времени. Вышеуказанные факторы могут привести к субъективным ошибкам, влияющим на качество данных.
Основное внимание в этой работе заключается в представлении LY основе очевидной проницаемости ассссопределить определить кинетику созидательного монослой образования в культивированных hCMEC / D3 клеток. Хотя другие передовые системы in vitro BBB, такие как системы совместной культуры, микрофлюидные системы, физиологически более актуальны, с значительно улучшенной барьерной функцией15,16,17, hCMEC/D3 Трансвелл установка является простой и надежной моделью для оценки кинетики формирования TJ и быстро экранировать влияние различных препаратов на барьерфункции. В целом значенияP-приложений согласуются для различных гидрофильных растворов в монослойах hCMEC/D3. Например, заявленные значенияp-приложений для различных низкомолекулярных масс solutes (таких как сахароза, маннитол, LY и т.д.) в различных моделях in vitro BBB находятся в порядке 10-4 см/мин5,18,19 , 20. В нашей экспериментальной установки, мозг эндотелиальных клеток посеяны на коллагена покрытием микропористые мембраны для клеточной привязанности и монослой образования, чтобы имитировать барьер in vivo. LY добавил в апической стороне, как ожидается, пройти межклеточные узкие соединения и накапливаются в базолатеральной стороне. Более высокие концентрации LY в базолатеральной стороне указывают на незрелый, не полностью функциональный барьер, в то время как более низкие концентрации отражают ограниченный транспорт из-за наличия функциональных TJ, что приводит к зрелому барьеру.
LY является гидрофильной краситель с различными возбуждения / выбросы пиков и позволяет избежать необходимости радиомаркировки трассировщик молекул, таких как сахароза, маннитол или инулин. Таким образом, значения флуоресценции LY могут быть использованы для непосредственного расчета его параклеточной проницаемости через монослои BBB. Кроме того, по сравнению со многими коммерчески доступные красители, используемые в биомедицинских областях, которые страдают от небольших сдвигов Стокса, таких как флуоресцеин21, Стокс сдвиг LY составляет около 108 нм с достаточным спектральным разделением, что позволяет LY флуоресценции данных, как надежный считывание для определения параклеточной проницаемости. Мы использовали западные blotting как orthogonal метод для того чтобы продемонстрировать изменения в выражении плотного протеина маркера соединения, no zo-1, над временем культуры. Выражение ЗО-1, обнаруженное с помощью западного блоттинга, используется для дополнения данныхприложения LY P и в сочетании эти данные позволяют предположить, что наблюдаемые изменения в значенияхприложения LY P отражают образование монослой с постепенным увеличением выражение плотного маркера соединения, ЗО-1.
Как указывалось ранее, в центре внимания этой работы является демонстрация LY анализ как простой метод для мониторинга формирования слияния монослой с функциональными плотными соединениями. Однако, чтобы продемонстрировать дополнительную полезность разработанного анализа, мы измерилиприложение LY P в наночастицах ДНК-трансфицированных монослойах hCMEC/D3. Нуклеиновые кислоты могут быть конденсированы в полиэлектролитные наночастицы диаметром 100-200 нм с помощью электростатического взаимодействия между положительно заряженными группами полимеров и отрицательно заряженными фосфатными группами нуклеиновых кислот22, 23. Мы ссылаемся на эти комплексы как наночастицы ДНК (ДНК NPs) в нашей работе. Хотя наше намерение состоит в том, чтобы трансфектировать клетки и выразить желаемый белок, мы должны обеспечить, чтобы барьерные свойства монослойов hCMEC/D3 не были скомпрометированы. Наши данные свидетельствуют о том, что стандартный режим трансфекции генов 4 h luciferase не измеримо изменяет проницаемость LY, демонстрирующую полезностьанализа приложения LY P для определения изменений в целостности барьерного барьера TJ.