NAMs新方法学前沿

维甲酸增强人源 BBB 共培养的屏障与外排评价

比较维甲酸(retinoic acid,RA)处理和多细胞共培养对人源屏障电阻、连接连续性、通透性及外排功能的影响。

用途与模型

研究用途
为血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)药物运输模型的选择和培养条件优化提供功能质量依据。
模型与细胞来源
IMR90-4、DF19-9-11T 诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)及 H9 人胚胎干细胞来源、作者命名为脑微血管内皮细胞(brain microvascular endothelial cells,BMEC)的细胞;主要外排比较采用 IMR90-4,优化共培养加入原代人脑周细胞与人神经前体细胞来源的星形胶质细胞和神经元。
方法版本
2014 年 IMR90-4 为主、三种人多能干细胞系的屏障质量版本
实验形式
胶原 IV/纤连蛋白支持的二维细胞层及 Transwell;比较未加 RA、RA 处理、单培养、不同共培养和培养液条件。

材料与平台

细胞与培养条件
三种人多能干细胞来源屏障细胞、原代人周细胞及人神经前体细胞分化的神经/胶质混合群;主要条件使用 10 μM RA。
屏障检测
跨内皮电阻(transendothelial electrical resistance,TEER)、连接蛋白定位与连接连续性,以及放射性标记蔗糖通透性。
转运底物与抑制条件
罗丹明 123 配合环孢素 A;多柔比星配合环孢素 A、Ko143 或 MK571;多药耐药蛋白(multidrug resistance protein,MRP)荧光底物探针 DCFDA(carboxymethyl-2′,7′-dichlorofluorescein diacetate)配合 MK571,分别测细胞积累或跨层运输。

测量指标与分析

  • TEER
  • 连接边缘不连续比例
  • 蔗糖通透系数
  • 底物细胞内积累
  • 罗丹明 123 跨层运输

按细胞系、RA 与共培养条件分别比较物理屏障;外排功能按底物及相应抑制条件逐项分析,积累信号按细胞数归一化。电阻提高与通透性、外排活性的变化分别判断。

研究设计与结果

实验条件比较

研究设计
未处理/RA 处理的屏障质量与多类外排底物比较,并以周细胞及神经/胶质共培养检验培养条件。
测试范围
IMR90-4 平均 TEER 的 RA 组为 12 次独立分化,对照为 3 次。优化共培养为 6 次独立实验;最高 TEER 的误差来自该实验内 3 个滤膜技术重复。另以 DF19-9-11T 与 H9 检查细胞系差异。
参照体系
未加 RA、单培养、周细胞或神经/胶质共培养、顺序共培养;相应底物有无转运抑制剂。
研究结果
IMR90-4 的 RA/对照平均 TEER 为 2940 ± 800/228 ± 57 Ω·cm²,连接松散边缘比例从 13 ± 7% 降至 2 ± 1%。优化共培养 5/6 次超过 5000 Ω·cm²,最高为 5350 ± 250 Ω·cm²。RA 未显著提高所测 P 糖蛋白(P-glycoprotein)或多柔比星外排反应;MRP 探针的抑制剂相关积累增强。RA 单培养与优化共培养的蔗糖通透系数为 5.3 ± 1.7 与 5.7 ± 1.2 × 10⁻⁷ cm/s,差异不可区分。

适用条件与研究局限

  • 主要功能比较来自 IMR90-4;不同细胞系的培养时程与最高电阻不同。
  • 12/3 是独立分化次数,最高电阻的 3 个滤膜为技术重复,不能相互替代。
  • RA 用作屏障模型优化条件;本研究没有证明多种治疗药物的临床脑穿透预测性能。
  • 电阻更高并未使蔗糖通透进一步降低;不同外排底物的阳性与阴性结果分别解释。

来源与原文

  1. A retinoic acid-enhanced, multicellular human blood-brain barrier model derived from stem cell sources原始研究 · Scientific Reports · 2014-02-24

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