微流控传感芯片。
微流控传感芯片。(Oregon State University / Wikimedia Commons;CC BY-SA 2.0)

在屏障两侧分别观察药物与细胞

药物通过血脑屏障的速度会影响其脑侧暴露。福建医科大学团队在 Microsystems & Nanoengineering 报道双层微流控芯片,把药物穿过屏障的过程与神经细胞反应放在同一实验中观察。

血管侧培养人脑微血管内皮 hCMEC/D3 细胞,脑侧使用人神经母细胞瘤 SH-SY5Y 细胞。两侧由多孔膜分隔,并在流动培养液下建立屏障。研究用跨内皮电阻、紧密连接蛋白和荧光葡聚糖通透性检查屏障状态。

动态培养的电阻约为 134.0±22.4 Ω·cm²。40 kDa 荧光葡聚糖的通透性低于静态培养;配合转运抑制剂的检测,也显示内皮具有外排转运功能。脑侧模型采用未分化的肿瘤细胞系。

用普拉克索建立浓度与功能的连续观察

研究以神经毒性应激建立细胞损伤模型,再考察抗帕金森病药物普拉克索(pramipexole,PPX)。细胞活力、凋亡相关指标与炎症因子分别检测;去甲肾上腺素分泌则用液相色谱—质谱测量,作为神经细胞功能指标。

药物从血管侧输入后,团队按时间测量脑侧 PPX 浓度,并检测去甲肾上腺素的恢复情况。药物浓度采用质谱和可重复使用的电化学传感器交叉观察,传感器用于连续取样后的浓度检测。

传感器在 5–500 μM 范围内呈线性响应。未经处理连续使用时,响应逐步下降;更新电极表面后,5 次重复检测的相对标准偏差约为 4.46%。芯片整合检测的对应数值约为 4.84%。这些结果检验的是分析器件的重复测量性能。

动态屏障使脑侧浓度上升较慢

在主要浓度时程实验中,血管侧输入 750 μM PPX。芯片脑侧达到预设 200 μM 目标时,距离加药约 13 小时;静态 Transwell 约 8 小时达到该水平。若从整个损伤与治疗实验的起点计,则分别为 37 小时和 32 小时。

PPX 的表观通透性系数在芯片中约为 7.28×10⁻⁷ cm/s,在静态 Transwell 中约为 1.22×10⁻⁶ cm/s。动态培养条件下,药物跨屏障转运较慢,与达到目标浓度所需时间较长相符。

治疗组去甲肾上腺素分泌逐步恢复,未治疗损伤组没有出现同样变化。PPX 还改善了部分紧密连接和较小葡聚糖的通透性指标;40 kDa 葡聚糖的通透性未出现同样改善。研究分别呈现了药物浓度、神经功能与屏障指标。

模型仍需要更丰富的人神经细胞组成

研究把跨屏障浓度与细胞分泌反应连接起来,并以静态装置和质谱检测作为参照。所用 SH-SY5Y 细胞保留肿瘤细胞系特征,屏障模型也未加入星形胶质细胞和周细胞。作者将增加细胞类型和其他神经递质检测列为后续方向。

本次只考察一种抗帕金森病药物,尚未与人体脑部药代资料比较。200 μM 是研究所用模型的预设浓度,实验结果适用于讨论该体系中的转运与反应时程。

来源与延伸阅读

  1. Micro pharmacokinetics-pharmacodynamics monitoring of anti-Parkinson’s disease drugs using a microphysiological BBB-brain organ-on-a-chip Microsystems & Nanoengineering. 2026. doi:10.1038/s41378-025-01116-w ↗