人脐静脉内皮细胞的显微图像。
人脐静脉内皮细胞的显微图像。(来源:Lewis Spurrier-Best(BigLew99),Wikimedia Commons,CC BY-SA 4.0)(Lewis Spurrier-Best(BigLew99) / Wikimedia Commons;CC BY-SA 4.0)

维甲酸改善电阻与细胞连接连续性

威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)团队在 Scientific Reports 报道人源血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)模型。研究采用人多能干细胞来源、作者命名为脑微血管内皮细胞(brain microvascular endothelial cells,BMEC)的细胞层,并比较维甲酸(retinoic acid,RA)处理后的屏障特征。

在 IMR90-4 细胞系中,RA 组跨内皮电阻(transendothelial electrical resistance,TEER)为 2,940±800 Ω·cm²,对照为 228±57 Ω·cm²。两组分别来自 12 次和 3 次独立分化实验。RA 还使连接边缘更连续:出现松散边缘的比例从 13±7% 降至 2±1%。

连接蛋白的变化各不相同。Occludin 表达增加,而 claudin-5 总表达下降;作者认为,后者在细胞间连接处的连续分布仍有改善。这使总表达量与实际连接状态成为需要分别判断的指标。

多柔比星与专用探针给出不同外排结果

外排功能比较中,环孢素 A 抑制条件使罗丹明 123 的细胞内积累与跨层运输增加,但 RA 与对照之间的相对增加没有显著差异。研究据此认为,RA 没有提高所测 P 糖蛋白功能。

多柔比星可由多类外排转运系统处理。分别加入 P 糖蛋白、乳腺癌耐药蛋白(breast cancer resistance protein,BCRP)或多药耐药蛋白(multidrug resistance protein,MRP)抑制剂后,药物积累增加,但 RA 与对照组的相对变化仍无显著差异。换用 MRP 荧光探针 DCFDA 后,RA 组在 MRP 抑制条件下的积累增加更明显,支持所测 MRP 活性增强。不同底物和功能测量需要分别解释。

多细胞共培养进一步提高电阻

团队把屏障细胞与人周细胞、神经前体细胞来源的星形胶质细胞及神经元结合,并比较不同共培养条件。优化组在 6 次独立实验中有 5 次达到超过 5,000 Ω·cm² 的 TEER;最高一组为 5,350±250 Ω·cm²,误差来自该组的 3 个滤膜技术重复。

电阻更高的共培养组没有进一步降低蔗糖通透性。RA 细胞层单独培养与优化共培养的蔗糖通透系数分别为 5.3±1.7 与 5.7±1.2 ×10⁻⁷ cm/s,结果没有可区分的差异;两组紧密连接连续性的直接比较也无显著差异。

药物运输模型仍需按功能与细胞来源评价

研究还在另外 2 个人多能干细胞系中观察到屏障改善,但 TEER 水平有差异,作者指出部分条件仍需按细胞系调整。该工作同时检查物理屏障和外排功能,为脑部药物运输模型的质量判断提供了具体比较。

来源与延伸阅读

  1. Lippmann ES, Al-Ahmad A, Azarin SM, Palecek SP, Shusta EV. A retinoic acid-enhanced, multicellular human blood-brain barrier model derived from stem cell sources. Scientific Reports. 2014. DOI: 10.1038/srep04160 ↗