两个模块分别培养,再联接观察药物作用
进入脑部的药物既要通过血脑屏障,也要在目标组织中产生作用。日本团队在 Communications Biology 报道 Tissue-in-a-CUBE 平台,将可独立培养和取出的组织模块联接于芯片,以血脑屏障和胶质母细胞瘤为例,同时观察通透性与肿瘤细胞反应。
血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)模块包含人原代星形胶质细胞、周细胞,以及人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源的脑微血管内皮细胞。肿瘤模块采用 T98G 胶质母细胞瘤细胞。两者在各自模块中准备后再置于同一装置,可维持各自的培养环境,实验后也可分别取出分析。
电阻与小分子通透性共同评价屏障
研究先检查紧密连接相关蛋白,再测量跨内皮电阻(trans-endothelial electrical resistance,TEER)和荧光示踪物 Lucifer Yellow 的表观通透性。培养第 2、4、6 天,TEER 分别为 202 ± 110、299 ± 84 和 405 ± 55 Ω·cm²;第 6 天的示踪物表观通透系数低于 1 × 10⁻⁶ cm/s。
研究还设置仅含基质、不含屏障细胞的对照,其 Lucifer Yellow 通透性明显较高。电阻和通透性结果共同支持模块形成了屏障功能。相关检测来自 3 次独立实验,每次含 6 个技术重复;无细胞基质对照为 1 次实验、10 个技术重复。
星形胶质细胞和周细胞的加入没有使第 6 天的电阻显著高于仅有脑微血管内皮细胞的模型。作者在讨论中指出,它们可能影响其他生物学功能,但这组电阻比较没有显示它们直接增强紧密连接屏障。
抑制转运后,肿瘤细胞的药物反应增强
转运功能实验采用 P 糖蛋白(P-glycoprotein,PGP)底物 Rhodamine123,比较有无抑制剂 Reversan 时的通透性。加入抑制剂后通透性增加。由于 Reversan 同时影响多药耐药相关蛋白 1(multidrug resistance-associated protein 1,MRP1),而示踪物也可能被其他转运系统识别,作者把结果用于支持功能性转运的存在,具体转运蛋白仍需进一步区分。
药物评价选择长春新碱,从屏障一侧观察其对 T98G 模块的作用。4 小时后的活细胞/死细胞成像显示,无屏障时死亡细胞占 9.6%,有屏障时为 6.1%;在有屏障的条件下同时加入 Reversan,死亡比例升至 8.9%。加入 Reversan 的有屏障组与无屏障组之间的差异不显著。
这组比较来自 3 次独立实验,每次每条件含 4–5 个技术重复。结果显示,屏障会改变肿瘤细胞接触药物后的反应,抑制相关转运功能则改变这一差别。实际测量的是细胞死亡比例,研究将其作为联接屏障与靶组织、评价药物作用的概念验证。

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当前装置仍有通量和模型身份限制
模块可分别准备、选择和取出,是作者强调的主要优势。当前密封夹具限制了装置可容纳的测试区室数量,通量较低;聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)还可能吸附蛋白和小分子,影响实际暴露。
论文也讨论了 iPSC 来源脑微血管内皮模型可能兼具上皮相关特征的问题,以及基质与常用膜载体对电阻比较的影响。因此,选用这一平台时需要结合研究问题,分别核对屏障、转运与细胞身份。作者提出将模块扩展到更多组织的用途,本研究完成的药物比较仍限于长春新碱与 T98G 模块。