A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
A method to establish an in vitro model of blood-brain barrier based on a co-culture of rat brain microvascular endothelial cells and astrocytes is described and validated. This system proved to be a valid tool to study the effect of nanoformulation on the trans-barrier permeation of fluorescent molecules.
Brain microvascular endothelial cells, supported by pericytes and astrocytes endfeet, are responsible for the low permeation of large hydrosoluble drugs through the blood-brain barrier (BBB), causing difficulties for effective pharmacological therapies. In recent years, different strategies for promoting brain targeting have aimed to improve drug delivery and activity at this site, including innovative nanosystems for drug delivery across the BBB. In this context, an in vitro approach based on a simplified cellular model of the BBB provides a useful tool to investigate the effect of nanoformulations on the trans-BBB permeation of molecules. This study describes the development of a double-layer BBB, consisting of co-cultured commercially available primary rat brain microvascular endothelial cells and astrocytes. A multiparametric approach for the validation of the model, based on the measurement of the transendothelial electrical resistance and the apparent permeability of a high molecular weight dextran, is also described. As proof of concept for the employment of this BBB model to study the effect of different nanoformulations on the translocation of fluorescent molecules across the barrier, we describe the use of fluorescein isothiocyanate (FITC), loaded into ferritin nanoparticles. The ability of ferritins to improve the trans-BBB permeation of FITC was demonstrated by flux measurements and confocal microscopy analyses. The results suggest this is a useful system for validating nanosystems for delivery of drugs across the BBB.
المقاومة من الجهاز العصبي المركزي (CNS) الأمراض (أي السرطان والصرع والاكتئاب وانفصام الشخصية وما يرتبط بها من فيروس نقص المناعة البشرية اضطراب عصبي) إلى العلاجات الدوائية ويرجع ذلك إلى آليات مختلفة مختلفة، بما في ذلك تخلل المخدرات شاقة عبر حاجز الدم في الدماغ (BBB) . بي بي بي هي الحدود التي تعزل أنسجة الدماغ من المواد في الدم. ضمن هذا الحاجز، وطبقة من خلايا الاوعية الدموية الدقيقة في الدماغ البطانية (BMECs)، بدعم من pericytes وendfeet النجمية، هي المسؤولة عن الانتقائية العالية من BBB إلى تلك العقاقير ذواب بالماء ذات وزن جزيئي أعلى من 400 دا 1. يرتبط آلية أخرى مقاومة ذات الصلة بالمخدرات وجود على BMECs من الناقلين هروب رأس المال المخدرات (P-بروتين سكري والمقاومة للأدوية المتعددة البروتينات)، التي تتعاون للحد من انتشار المخدرات في الجهاز العصبي المركزي وتسهيل قذف بهم من الدماغ 2.
في العقد الماضيوقد تم وضع عدد كبير من نهج تقنية النانو لمواجهة التحدي السريرية والبيولوجية لإيصال المخدرات عبر BBB 3-6. في هذا السياق، nanospheres الفيرتين (FNN) تمثل حلا مبتكرا تماما واعد. FNN هي 12 نانومتر المجالات من 24 الفيريتين الذاتي تجميع (الجبهة الوطنية) أحادية، والتي يتم ترتيبها في هيكل كروي مجوف من 8 القطر الداخلي نانومتر. مفارز الفيرتين يمكن تفكيكها في درجة الحموضة الحمضية وتجميعها في شكل أزياء الذاكرة من خلال جلب الرقم الهيدروجيني إلى الحياد، والسماح مختلف الجزيئات العضوية إلى المغلفة. لذلك، FNN تمثل نموذجا للاهتمام لتطوير متعددة الوظائف تسليم المخدرات الأنظمة 7،8. وعلاوة على ذلك، قد FNN التفاعل مع BMECs بفضل الاعتراف معين من ترانسفيرين مستقبلات (معدل الخصوبة الاجمالي) 1، وهو ما يعبر عنه على الغشاء اللمعية من هذه الخلايا 9.
حتى الآن، وقد وضعت مختلف نماذج في المختبر من BBB في أورديr لتوضيح العابرة للBBB نفاذية لمختلف انواع المخدرات، سمية تجاه BBB، أو تفاعل الجزيئات مع الناقلين هروب رأس المال. في الواقع، تعتبر هذه النماذج صالحة في المختبر النهج لفحص السريع من الجزيئات النشطة قبل الشروع في الدراسات المجراة. وتتألف هذه النماذج من طبقة واحدة من البطانية BMECs أو المشارك مثقف BMECs والخلايا النجمية (أكثر نادرا pericytes)، تم الحصول عليها من الحيوانات (الجرذان والفئران والخنازير والأبقار) أو خطوط الخلايا البشرية 10،11،12. وTransEndothelial المقاومة الكهربائية (طير) والنفاذية واضحة (P التطبيق) من استشفاف مع الوزن الجزيئي محددة تمثل معلمتين الحرجة التي تستخدم لتحديد نوعية النموذج في المختبر. نحن هنا وصف العمل لفي المختبر نموذج BBB، استنادا إلى ثقافة مشتركة من الفئران BMECs (RBMECs) والفئران الخلايا النجمية القشرية (تقييمات النتائج والكفاءات) لدراسة تخلل العابر للBBB من قفص نانوي الفيرتين التغليف isothi فلوريسئينocyanate (FITC).
1. إنشاء نموذج BBB
ملاحظة: لإنشاء نموذج BBB نقترح استخدام RBMECs الأولية المتاحة تجاريا وتقييمات النتائج والكفاءات. يجب تنفيذ جميع الخطوات مع الكواشف والمستهلكات العقيمة، والتعامل معها في غطاء تدفق الصفحي.
2. التحقق من صحة BBB
3. تخلل من Ferritins تحميل FITC (FNN) عبر BBB
ملاحظة: البديل المؤتلف من الفيريتين الإنسان (الجبهة الوطنية)، التي تنتج في القولونية وتجميعها في قفص نانوي (FNN) لتغليف جزيئات الفلورسنت مختلفة، متاح من NanoBioLab الأستاذ بروسبيري (جامعة ميلانو بيكوكا، إيطاليا). يتم تحميل FNN مع FITC، وفقا لبروتوكول سبق وصفها 13 و تركيزات كل من الجبهة الوطنية والجزيئات تحميل وdetermin بدقةأد.
خلال إنشاء نموذج BBB، مرفق الخلية والنمو على إدراج يمكن رصدها باستخدام المجهر الخفيفة وذلك بفضل طبيعة شفافة من الأغشية PET. تقييمات النتائج والكفاءات، المصنف في مناطق ذات كثافة من 35،000 خلية / سم 2، ونعلق بكفاءة إلى الجانب السفلي من إدراج بعد 4 ساعا...
الأسلوب في المختبر الموصوفة هنا يمثل نهجا التحقق من المفيد دراسة تقديم العابر للBBB من جزيئات الفلورسنت على nanoformulation مع النانوية. هنا نستخدم FNN، وهو ما يمثل مرشح جيد لدراسة النبات من الجزيئات البضائع عبر BBB. يعتبر FNN وnanovector الذهب العابرة للBBB تسليم المخدرات / وكلاء ?...
The authors declare that they have no competing financial interests.
The authors acknowledge Assessorato alla Sanità, Regione Lombardia and Sacco Hospital (NanoMeDia Project) for research funding.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Rat Brain Microvascular Endothelial Cells | Innoprot | P10308 | isolated from Sprague Dawley rat brain tissue, cryopreserved at passage one and delivered frozen |
Cortical Astrocytes | Innoprot | P10202 | isolated from 2 days rat brain tissue, cryopreserved at passage one and delivered frozen. |
Endothelial Cell Medium kit | Innoprot | P60104 | ECM (500 ml) and fetal bovin serum (25 ml), endothelial cell growth supplement (5 ml) and penicillin/streptomycin (5 ml). Warm in 37 °C water bath before use and protect from light |
Trypsin-EDTA without Phenol Red | EuroClone | ECM0920D | Warm in 37 °C water bath before use |
Fluorescein isothiocyanate-dextran 40,000 | Sigma | FD40S | protect from light |
paraformaldehyde | Sigma | 158127 | diluition in chemical hood |
Dulbecco's phosphate buffer saline w/o Ca and Mg | EuroClone | ECB4004L | |
Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
bovine serum albumin | Sigma | A7906 | |
goat serum | EuroClone | ECS0200D | |
mouse monoclonal anti-Von Willebrand Factor | Dako | M0616 | |
AlexaFluor 546-conjugated antibody against mouse IgGs | ThermoFischer Scientific | A-11003 | protect from light |
DAPI (4’ ,6-diamidino-2-phenylindole) | ThermoFischer Scientific | D1306 | protect from light |
ProLong Gold Antifade Mountant | ThermoFischer Scientific | P36934 | |
Poly-L-lysine Hydrobromide | Sigma | P1274 | the same solution can be used several times |
fibronectin from bovine plasma | Sigma | F1141 | the same solution can be used several times |
Polyethylene terephthalate (PET) inserts | Falcon | F3090 | Transparent Polyethylene terephthalate (PET) membranes; surface area: 4.2 cm2; pore size 0.4 µm/surface area |
T75 Primo TC flask | EuroClone | ET7076 | |
T175 Primo TC flask | EuroClone | ET7181 | |
EVOM2 Epithelial Tissue Volt/Ohmmeter | World Precision Instruments Germany | EVOM2 | |
Endohm- 24SNAP cup | World Precision Instruments Germany | ENDOHM-24SNAP | |
Light/fluorescence microscope with camera | Leica Microsystems | DM IL LED Fluo/ ICC50 W Camera Module | inverted microscope for live cells with camera |
Confocal Microscope | Leica Microsystems | TCS SPE | |
Spectrofluorimeter | Jasco | FP-8000 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved