
比较细胞组成、培养条件与屏障指标
2024 年 9 月 20 日,Nature Biomedical Engineering 在线发表体外血脑屏障(blood–brain barrier,BBB)模型的汇总分析。马里兰大学帕克分校(University of Maryland, College Park)等美国机构比较 Transwell 和微流控模型,关注细胞组成、静态或动态培养及基质等因素。
作者比较跨内皮电阻(trans-endothelial electrical resistance,TEER)、通透性和紧密连接蛋白表达。TEER 反映离子通过屏障的难易程度,通透性测量还受探针分子的电荷和分子大小等性质影响。
不同共培养组合的 TEER 与通透性
作者汇总 90 个已发表的血脑屏障共培养模型,将结果按同一研究的内皮细胞单培养对照归一化。内皮细胞、周细胞与星形胶质细胞组合的平均通透性最低,约为单培养对照的 30%。内皮细胞、星形胶质细胞与神经元组合的平均 TEER 则最高,约为单培养对照的 2.4 倍。
TEER 组间的上述差异没有达到统计学显著标准。
周细胞与内皮细胞双培养的平均通透性约为单培养的 39%,星形胶质细胞与内皮细胞双培养约为 65%。加入神经元的组合虽然平均电阻较高,分子通透性却未同步降低,提示不同细胞组合影响屏障的方式有所区别。
流动、细胞比例与基质的影响
将共培养模型整体归一化比较时,Transwell 与微流控模型的通透性和 TEER 未出现显著差异。进一步区分培养条件后,动态培养的 TEER 显著高于静态培养,通透性差异则未达到显著标准。作者认为,应把实际流动条件与装置类别分开考察。
增加非内皮细胞所占比例时,整体通透性呈下降趋势,但相关性较弱,拟合优度 R² 仅为 0.03。TEER 与细胞比例的关系同样较弱。已有数据支持继续研究细胞配比,却还不足以给所有模型确定统一比例。
基质比较中,纤维蛋白或纤维蛋白原模型的平均通透性较低;Matrigel 及纤连蛋白相关组合相对较高,多数组间比较未达到显著性。纤维蛋白原还可能引起胶质细胞炎症反应,作者因此建议把基质的屏障表现与其生物学作用一起评价。
紧密连接蛋白提供另一类比较依据
汇总的微流控模型中,ZO-1 蛋白归一化表达约为 Transwell 模型的 1.8 倍,达到统计学显著。内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞三培养中,微流控模型的合并紧密连接蛋白表达也更高。
不同细胞组合分别比较 ZO-1、occludin 和 claudin-5 时,没有得到统一显著领先的组合。紧密连接蛋白表达可补充屏障表型,但模型用于药物递送时,仍需要直接测量相关分子的通透性。
疾病模型需要对应健康参照
疾病模型的汇总结果显示,平均通透性约为健康模型的 1.99 倍,TEER 约为其 0.65 倍。分析包含阿尔茨海默病、帕金森病、炎症性疾病和胶质母细胞瘤,但前两类可用于分组比较的数据很少。
胶质母细胞瘤和单纯炎症状态的通透性表现并不完全一致,基质选择也会影响结果。作者指出,即使疾病模型与健康对照之间呈现预期变化,体外模型的绝对通透性仍需进一步接近体内水平。
原研究对照、探针与时间点选择
资料整理纳入同一研究使用不同探针分子得到的全部通透性数据;若报告多个时间点,则选择共培养与单培养差异最大的时间点。Transwell 三培养模型还限定周细胞比星形胶质细胞更接近内皮细胞,以对应体内的组织关系。
健康模型主要检索约 1999–2024 年的文献,疾病和紧密连接蛋白分析因资料较少,没有采用相同时间限制。球状体或类器官模型缺乏足够 TEER 和通透性数据,未纳入这部分定量比较。
统计比较要求每组至少有 3 个数据点,并按预设方法排除离群值。作者据此提出按低通透性、高 TEER 或紧密连接蛋白表达等目标选择设计,但仍把这些建议定位为需要进一步实验检验的起点。