三维模型帮助我们理解血脑屏障功能

到目前为止,使用模型来研究之间的障碍来自神经系统的循环已经被证明是有限的或非常复杂。苏黎世联邦理工学院的研究人员已经开发出一种更现实的模型,也可以用来更好的探索新的治疗脑肿瘤。

摩德纳马里奥是一个博士后在瑞士苏黎世联邦理工学院的生物工程实验室工作。如果他解释他对血脑屏障的研究——长城保护我们的中枢神经系统有害物质在血液中的一个11岁,他会说:“这堵墙是很重要的,因为它阻止坏人进入大脑。“如果大脑受损或患病,他说,孔可以出现在墙上。有时候,这样的孔可以是有用的,例如,对于为大脑提供急需的药品。“我们想了解的是如何保持这堵墙,突破和修复它了。”

这堵墙从医学的角度来说,也很重要,因为许多中枢神经系统疾病都与血脑屏障的损伤。科学家发现这一障碍是如何工作的,经常在活的动物进行实验。除了这些实验相对昂贵,动物细胞可能只提供图片的一部分在人体。此外,有一些批评,问题基本的动物试验的有效性。另一种方法是基础实验在实验室里培养的人类细胞。

信息交流在很大程度上被忽略

许多体外模型的问题在于,他们重建血脑屏障相对简化的方式使用血管壁细胞(内皮细胞)。这种方法不能代表人类的复杂结构系统,忽视了,例如,各种细胞类型之间的通信。此外,这些模型是静态的。换句话说,细胞漂浮在悬浮不动,这意味着流体或剪切应力体内细胞暴露于不考虑。

也有动态的体外模型,模拟体内流条件,但问题是他们需要的泵实验装置相当复杂。除了所有这些挑战,有测量的问题:几乎是不可能的高分辨率图像结构变化实时血脑屏障同时测量屏障的电阻,这两个反映屏障密实度和紧张。

杀死几个鸟;一举两得

如果每一个挑战是一只鸟,摩德纳的平台将是众所周知的石头杀死了他们。安德烈亚斯Hierlemann下工作,摩德纳和他的同事们花了三年半发展open-microfluidic 3 d血脑屏障模型。

重建的障碍,研究小组把那些自然的细胞类型构成血脑屏障——微血管内皮细胞、星形胶质细胞和人类的周,然后将它们结合在一个单一的平台。“这个策略允许我们几乎完全复制3 d人体细胞结构中发现,“摩德纳说。“但真正特殊的是,我们可以测量障碍的渗透率同时映射形态的变化通过高分辨率延时显微的障碍。“促进这种双重行为,研究人员完全透明电极沉积在玻璃盖玻片两岸的屏障来衡量其渗透性,这反映在整个细胞屏障电阻。透明电极提供了一个决定性的优势超过其他类型的电极,其中包括电影或金属线结构,可能会干扰光学检测和高分辨率显微镜。

“没有增加复杂性”

模拟体内流体流动的方式,研究人员意识到微流体平台与流体储层在一种跷跷板的两端。重力流触发,这反过来,对细胞产生的剪切力。Hierlemann这个设置的好处解释道:“因为我们不使用任何泵,同时我们可以用多个模型实验系统,例如在一个孵化器,不增加设置的复杂性。”

在一项研究中,最近发表在《华尔街日报》先进的科学,研究人员提出和测试他们的新体外血脑屏障模型。oxygen-glucose剥夺他们受到障碍,当有人中风。“这些实验让我们引发障碍的快速变化和展示平台的潜力,”摩德纳说。

制药公司已经显示出兴趣

在这项研究中,摩德纳和他的同事们能够做到以上显示,适用于测量他们的新平台。他们还发现,屏障的电阻降低甚至发生形态学改变之前,使其更渗透。“这一发现为未来的研究可能是相关的,”摩德纳说。该小组还观察到,在控制实验中使用静态体外模型,更渗透屏障比新的动态设置。“很明显,剪切力,产生的gravity-driven流,促进形成密集的阻挡层,这证实了体外模型”流是多么重要代表摩德纳说。

摩德纳和Hierlemann相信他们的模型,就能很容易地探测分子稳定障碍,以及发现化合物和方法适合穿越它,这将是有用的治疗脑肿瘤。但Hierlemann指出,该模型也可以改变未来的体外研究:“我们的平台的优势是它很容易适应其他内皮细胞模型,结合barrier-tightness测量和高分辨率显微镜新研究铺平了道路。“行业体现了新模型的兴趣。一家制药公司研究人员已经在联系。

参考:魏W,卡F, Hierlemann,摩德纳毫米。3 d在体外血脑屏障模型调查屏障的侮辱。放置Sci。n / a (n / a): 2205752。doi:10.1002 / advs.202205752

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。