Этот протокол описывает надежную и эффективную модель гематоэнцефалического барьера in vitro . Метод использует клетки эндотелия сосудов головного мозга мышей bEnd.3 и измеряет трансмембранное электрическое сопротивление.
Методическая статья
Этот протокол описывает надежную и эффективную модель гематоэнцефалического барьера in vitro . Метод использует клетки эндотелия сосудов головного мозга мышей bEnd.3 и измеряет трансмембранное электрическое сопротивление.
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) представляет собой динамическую физиологическую структуру, состоящую из микрососудистых эндотелиальных клеток, астроцитов и перицитов. Координируя взаимодействие между ограниченным транзитом вредных веществ, всасыванием питательных веществ и клиренсом метаболитов в головном мозге, ГЭБ играет важную роль в сохранении гомеостаза центральной нервной системы. Построение моделей ГЭБ in vitro является ценным инструментом для изучения патофизиологии неврологических расстройств и создания фармакологических методов лечения. В данном исследовании описана процедура создания модели монослойных клеток ГЭБ in vitro путем посева клеток bEnd.3 в верхнюю камеру 24-луночного планшета. Для оценки целостности барьерной функции клеток использовали обычный эпителиальный клеточный вольтметр для регистрации трансмембранного электрического сопротивления нормальных клеток и CoCl 2-индуцированных гипоксических клеток в режиме реального времени. Мы ожидаем, что вышеуказанные эксперименты дадут эффективные идеи для создания in vitro моделей ГЭБ и препаратов для лечения заболеваний центральной нервной системы.
ГЭБ представляет собой уникальный биологический интерфейс между кровообращением и нервной тканью, который состоит из эндотелиальных клеток сосудов, перицитов, астроцитов, нейронов и других клеточных структур1. Поток ионов, химических веществ и клеток между кровью и мозгом строго регулируется этим барьером. Этот гомеостаз защищает нервные ткани от токсинов и болезнетворных микроорганизмов, а также обеспечивает надлежащую работу нервов головного мозга 2,3. Поддержание целостности ГЭБ может эффективно предотвращать развитие и прогрессирование нарушений, влияющих на центральную нервную систему, таких как дисфункция нейронов, отек и нейровоспаление4. Однако уникальные физиологические свойства ГЭБ предотвращают попадание в центральную нервную систему более 98% низкомолекулярных лекарственных препаратов и 100% высокомолекулярных фармацевтических препаратов5. Поэтому увеличение проникновения лекарственных средств через ГЭБ при разработке препаратов для центральной нервной системы имеет существенное значение для достижения терапевтической эффективности 6,7. Несмотря на то, что скрининг субстратов с помощью компьютерного моделирования значительно повысил вероятность того, что кандидаты в лекарственные препараты проникнут через ГЭБ, для удовлетворения потребностейнаучных исследований по-прежнему необходимы надежные и доступные модели ГЭБ in vitro/in vivo.
Быстрым и доступным методом высокопроизводительного скрининга лекарственных препаратов является модель in vitro 9. Для того, чтобы пролить свет на фундаментальные процессы влияния лекарственных средств на функцию ГЭБ и их роль в развитии и прогрессировании заболевания, была создана серия упрощенных моделей ГЭБ in vitro. В настоящее время распространенными моделями ГЭБ in vitro являются монослойные, кокультуральные, динамические и микрофлюидные модели 10,11,12, построенные сосудистыми эндотелиальными клетками и астроцитами, перицитами или микроглией 13,14. Несмотря на то, что 3D-клеточные культуры в большей степени соответствуют физиологической структуре ГЭБ15, их применение в качестве средства скрининга лекарств на ГЭБ по-прежнему ограничено их сложной конструкцией и низкой воспроизводимостью. В отличие от этого, модель монослоя in vitro является наиболее часто используемой для исследования ГЭБ и применима для определения экспрессии мембранных транспортеров и белков плотного соединения в конкретных клетках.
Измерение трансмембранного электрического сопротивления (TEER) — это метод оценки и мониторинга слоя клеток поперек сопротивления, а также оценки целостности клеток и проницаемости барьера. При одновременном введении двух электродов в питательную среду или буферный раствор с обеих сторон монослоя можно измерить переменный ток или электрический импеданс через компактный слой ячейки16,17. Для того, чтобы определить, правильно ли была создана модель ГВВ in vitro, в качестве золотого стандарта обычно используется измерение TEER18. С другой стороны, тенденция действия лекарств на проницаемость ГЭБ может быть точно предсказана путем измерения изменения электрического сопротивления клеточного слоя после введения препарата19. Например, Feng et al. обнаружили, что catalpol (первичный активный мономер rehmanniae) может эффективно обратить вспять вызванную липополисахаридами подавление регуляции белков плотных соединений в ГЭБ и повысить значение TEER20-го слоя эндотелиальных клеток головного мозга мыши.
Нейровоспалительная реакция обычно является основной причиной дисбаланса гомеостаза ГЭБ21. Гипоксическое лечение для индуцирования нейровоспалительного повреждения является основным методом разрушения гематоэнцефалического барьера, в основном включающим физические методы и методы химических реагентов. В первом случае в основном используется инкубатор из трех газов для изменения содержания кислорода в среде роста клеток для моделирования гипоксических условий22, в то время как второй достигается путем искусственного введения дезоксиреагентов, таких как CoCl2, в средуклеточной культуры 23. Клетки останутся в деоксигенированном состоянии, если Fe2+ будет заменен на Co2+ в геме. Если Fe2+ заменить Co2+ в каталитической группе, активность пролингидроксилазы и аспартатгидроксилазы будет ингибирована, что приведет к накоплению гипоксически-индуцируемого фактора-1α (HIF-1α)24. При персистирующей гипоксии дефосфорилирование HIF-1α в цитоплазме вызывает гибель клеток и активирует фактор роста эндотелия сосудов, что в конечном итоге повышает проницаемость сосудов. В предыдущих исследованиях25,26 было хорошо продемонстрировано, что гипоксия может значительно снижать экспрессию эндотелиальных белков плотного соединения для увеличения проницаемости ГЭБ. В этом исследовании была измерена кривая сопротивления времени клеток bEnd.3, засеянных в 24-луночные планшеты, чтобы создать прямолинейную модель ГЭБ. Используя эту модель, мы охарактеризовали изменения в клеточном TEER после вмешательства CoCl2 с целью построения клеточной модели, которая может быть использована для скрининга лекарств на защиту от ГЭБ.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
ПРИМЕЧАНИЕ: Эндотелиальные клетки, полученные из мозга мышей.3 (bEnd.3), были инокулированы в камеры 24-луночного планшета для построения простой модели ГЭБ in vitro в определенных условиях среды. ТЭЭР нормальных и гипоксических клеток измеряли с помощью измерителя TEER (рис. 1 и рис. 2).
1. Приготовление раствора
2. Клеточная культура и жизнеспособность клеток
3. Сборка модели
4. Измерение TEER
5. Разрушение барьеров и статистический анализ
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Этот протокол позволял регистрировать изменения значений сопротивления клеток по параметрам, заданным в трансэндотелиальном резисторном измерителе. Жизнеспособность клеток bEnd.3 (количество живых клеток), обработанных различными концентрациями CoCl2 , проводили скрининг с помощью анализа CCK-8. Большее повреждение клеток, вызванное CoCl2 , было представлено более низкой жизнеспособностью клеток. Мы обнаружили, что 300 мкМ CoCl2 были значимыми цитотоксическими in vitro, и эта кон...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Один из наиболее развитых органов тела, мозг контролирует широкий спектр сложных физиологических процессов, включая память, познание, слух, обоняниеи движение. Мозг является одним из самых сложных и больных органов человеческого тела одновременно. Возникновение многих расстройств центральной нервной системы демонстрирует тенденцию к росту из года в год из-за таких факторов, как загрязнение воздуха, нерегулярный режим питания и другие факторы 27,28,29.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Мы высоко ценим финансовую поддержку со стороны Национального фонда естественных наук Китая (82274207 и 82104533), Программы ключевых исследований и разработок Нинся (2023BEG02012) и Проекта содействия научным исследованиям Xinglin Университета ТКМ в Чэнду (XKTD2022013).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 24-луночный трансвеллерный планшет | Corning (Corning 3470, 0,33 см<суп>2, 0,4 &; m) | 10522023 | |
| 75 % этанола | ChengDu Chron Chemicals Co,. Ltd | 2023052901 | |
| 96-луночный планшет | Guangzhou Jet Bio-Filtration Co., Ltd | 220412-078-B | |
| bEnd.3 cells | Hunan Fenghui Biotechnology Co., Ltd | CL0049 | |
| Набор для подсчета клеток-8 (CCK-8) | Boster Biological Technology Co., Ltd | BG0025 | |
| Чашка для клеточных культур (100 мм) | Zhejiang Sorfa Life Science Research Co., Ltd | 1192022 | |
| Хлорид кобальта (CoCl2) | Sigma | 15862 | |
| DMSO | Boster Biological Technology Co., Ltd | PYG0040 | |
| модифицированная орлиная среда Dulbecco (1x) | Gibco ThermoFisher Scientific | 8121587 | |
| фетальная бычья сыворотка | Gibco ThermoFisher Scientific | 2166090RP | |
| GraphPad Prism программное обеспечение | Программное обеспечение GraphPad | 9.0.0(121) | |
| Matrigel (содержит коллаген внутривенно) | MedChemexpress | HY-K6002 | |
| Молекулярные устройства | SpectraMax iD5 | ||
| OriginPro 8 программное обеспечение | OriginLab Corporation | v8.0724(B724) | |
| Пенициллин-стрептомицин (100x) | Boster Biological Technology Co., Ltd | 17C18B16 | |
| Фосфатно-солевой буфер (PBS, 1x) | Gibco ThermoFisher Scientific | 8120485 | |
| гипохлорит натрия | ChengDu Chron Chemicals Co,. ООО | 2022091501 | |
| Трансмембранный измеритель сопротивления | World Precision Instruments ООО | ВОМ3 (версия 1.6) |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение