让三类人源细胞共同形成脑微血管网络

MIMETAS 团队在 Fluids and Barriers of the CNS 报道人源血脑屏障模型。研究使用原代人脑微血管内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞,在微流控培养板中形成带管腔的三维血管网络。

血脑屏障既影响中枢药物能否进入脑组织,也参与多种神经疾病的病理变化。团队关注的实验问题是:能否在保留多细胞直接接触的同时,减少外接泵和管路,并提高可并行培养的模型数量。

OrganoPlate Graft 48 UF 采用 384 孔板规格,一块板上容纳 48 个独立芯片。每个芯片包含中央凝胶区和两侧灌流通道,细胞在以纤维蛋白为主的基质中形成血管,随后与通道接通。

培养板往复倾斜,血管内液体主要沿同一方向流动

系统利用培养板倾斜产生重力流。通道入口、液面与表面张力共同改变液体路径,使板的倾斜方向往复变化时,中央血管网络内的主要流向仍保持一致。

荧光微球用于核对血管中的实际流向。团队在培养第 9 天记录微球运动,观察到微球从一侧灌流通道进入血管网络,再从另一侧流出。

微球追踪显示,不同部位的流速存在差异:小血管约为 0.1–2.6 mm/s,较大血管最高约为 3.8 mm/s,主灌流管与部分连接段可更快。作者指出,血管直径和摇床设置都会影响局部流速。

加入周细胞后,血管更细、分支更多,染料泄漏更少

研究设置内皮单培养、内皮与周细胞共培养、内皮与星形胶质细胞共培养,以及三细胞共培养 4 种配置。第 14 天的染色显示,周细胞位于内皮附近,星形胶质细胞的突起与血管接触。

与内皮单培养相比,含周细胞的血管网络平均管径更小、分支更多,整体方向也更贴近液体流向。三细胞配置中的这些变化最明显。

研究还使用 150 kDa 荧光葡聚糖比较屏障功能。内皮单培养及内皮—星形胶质细胞配置的血管外信号较高;含周细胞的配置染料泄漏较少。各细胞组的加入比例不同,因而这项比较同时反映细胞组成与细胞数量的影响。

三细胞血脑屏障网络的细胞分布,以及不同共培养配置的血管形态比较。

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三细胞血脑屏障网络的细胞分布,以及不同共培养配置的血管形态比较。(Admiraal et al. / Fluids and Barriers of the CNS, 2026, Fig. 2;CC BY 4.0)

多数芯片在第 7–14 天保持灌流,外排功能得到初步检测

团队在第 7、9、11 和 14 天检查血管灌流,各培养配置每次至少评估 20 个芯片。所观察时期内,超过 95% 的芯片可以灌流,荧光葡聚糖主要保留在血管管腔。

屏障比较采用血管外与血管内荧光强度经面积校正后的比值,各时间点的定量包括 21–29 个芯片。含周细胞的网络在持续培养中还出现血管重塑和部分分支修剪。

团队用 P-糖蛋白底物 calcein-AM 与抑制剂环孢素 A 检查外排功能。加入抑制剂后,细胞内 calcein 荧光信号约为未加抑制剂组的 2 倍,提示该配置具有 P-糖蛋白相关外排活性。

药物运输研究仍需补充标准通透性与转运体评价

当前屏障结果来自加染料后单一时间点的图像比值,论文没有把这项比值转换为标准表观通透系数。研究对不同培养配置的比较,采用的是同一套染料与成像条件。

作者提出,后续应扩大示踪分子的分子量范围、延长检测时间,并进一步评价转运体表达和功能。P-糖蛋白结果目前属于初步功能试验。

模型的观察期截至第 14 天。原代细胞的供者差异、培养中的表型变化,以及纤维蛋白基质对健康脑微环境的代表性,都是作者列出的后续研究问题。加入神经元和小胶质细胞,也是进一步扩展神经血管单元的方向。

来源与延伸阅读

  1. Building the blood-brain barrier: a scalable self-assembling 3D model of the brain microvasculature under unidirectional flow. Fluids and Barriers of the CNS (2026). ↗