血液与脑组织之间的内皮屏障示意图,展示扩散、转运蛋白、跨胞运输和外排等途径。
血脑屏障中不同运输途径的示意图。(Armin Kübelbeck (Kuebi); English-language version by Swilson43 / Wikimedia Commons;CC BY 3.0)

比较屏障功能先区分通透性与电阻

荷兰特文特大学(University of Twente)团队在 Tissue Barriers 综述当时的血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)芯片。已有研究显示,流动培养和动态药物通透检测具有潜力,但不同芯片的器件、细胞类型和检测条件差异较大,直接比较性能仍有困难。

作者把通透性列为核心功能指标,并建议报告可用于平台间比较的通透系数。不同分子可能依靠被动扩散、主动转运或外排,因此只测一类示踪物,难以代表屏障的全部药物运输功能。

跨内皮电阻(transendothelial electrical resistance,TEER)则主要描述与离子旁细胞通路有关的屏障密闭性。它快速、无标记,适合连续观察,但需要区分细胞层与器件本身的电阻贡献,并按有效测量面积归一化。

器件与共培养细胞会影响检测结果

综述提醒,压力差和渗透驱动的流动也可能影响跨屏障运输,测得的变化不能全部归因于扩散或转运蛋白。共培养细胞既可改变内皮状态,也可能自身形成额外的扩散或离子运输障碍。

微通道中的电流分布与电极位置会影响 TEER,温度和培养液离子组成也会改变测得的电阻。比较不同设备时,这些测量条件需要与细胞层的生物学变化分别交代。

细胞来源与流动分布影响模型解释

动物来源脑微血管细胞便于与同物种体内数据比较,而人源细胞对人脑药物研发更直接。原代脑内皮细胞获取有限,细胞系又可能失去部分原有表型;作者因此讨论人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源细胞作为更可及来源的可能性。

流动可对内皮产生剪切应力,其作用受到局部流动分布的影响。矩形通道中,侧壁附近与中间区域的流速和剪切应力可不同;细胞层厚度也会改变局部流动,进而影响屏障与通透测量。

标准化应围绕具体功能与测量条件

综述把通透性、TEER、细胞来源和剪切应力列为需要共同交代的四个方面。作者希望通过更一致的功能表征与报告,使不同 BBB 芯片的药物评价结果更容易比较。

来源与延伸阅读

  1. van der Helm MW, van der Meer AD, Eijkel JC, van den Berg A, Segerink LI. Microfluidic organ-on-chip technology for blood-brain barrier research. Tissue Barriers. 2016. DOI: 10.1080/21688370.2016.1142493 ↗