Ensaios In Vitro para Avaliar Formação e Perturbação de Embarque de Barreira de Sangue-Cérebro
Summary
A manutenção da cobertura da barreira hematoencefálica é fundamental para a homeostase do sistema nervoso central. Este protocolo descreve técnicas in vitro para delinear os processos fundamentais e patológicos que modulam a cobertura da barreira hematoencefálica.
Abstract
A cobertura da barreira hematoencefálica (BBB) desempenha um papel central na homeostase do sistema nervoso central (SNC). O BBB é mantido dinamicamente por astrocitos, pericitos e células endoteliais cerebrais (BECs). Aqui, detalhamos métodos para avaliar a cobertura BBB usando culturas únicas de BEC humanas imortalizadas, culturas únicas de BEC de ratos primários e um modelo de cultura triplicada humanizado (BECs, astrocitos e pericitos) do BBB. Para destacar a aplicabilidade dos ensaios em estados de doença, descrevemos o efeito da amilóide-β (oAβ) oligomérica, que é um contribuinte importante para a progressão da doença de Alzheimer (AD), na cobertura de BBB. Além disso, utilizamos o fator de crescimento epidérmico (EGF) para iluminar o potencial de rastreamento de drogas das técnicas. Nossos resultados mostram que os BEC cultivados de um único e triplo formam estruturas semelhantes a malhas em condições basais, e que oAβ interrompe essa formação de malha celular e degenera as estruturas de malha pré-formadas,Mas EGF bloqueia essa interrupção. Assim, as técnicas descritas são importantes para a dissecação de processos fundamentais e relevantes para a doença que modulam a cobertura BBB.
Introduction
A barreira hematoencefálica (BBB) dos capilares cerebrais é a maior interface de contato de sangue para cérebro e desempenha um papel central na homeostase do sistema nervoso central (SNC) 1 , 2 . Os processos dinâmicos no BBB impedem a absorção de moléculas indesejadas do sangue, eliminam os resíduos do SNC, fornecem nutrientes essenciais e moléculas de sinalização ao SNC e modulam a neuroinflamação 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . O dano BBB é prevalente durante o envelhecimento e vários distúrbios neurodegenerativos, incluindo doença de Alzheimer (AD), esclerose múltipla e AVC 1 , 2 , 3 , 4 , 5 ,Ass = "xref"> 6. Portanto, a disfunção BBB pode desempenhar um papel fundamental em distúrbios neurodegenerativos, inclusive como alvo terapêutico.
Manter a cobertura do navio é importante para as funções homeostáticas da BBB. No entanto, os dados de vivo e in vitro conflitam se os processos envolvidos em distúrbios neurodegenerativos causam maior ou menor cobertura BBB 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , particularmente em AD. Portanto, há uma forte justificativa para o desenvolvimento de modelos in vitro usando tipos de células relevantes para avaliar e compreender de forma mais abrangente a dinâmica da cobertura BBB. Os capilares cerebrais são compostos de astrocitos, pericitos e células endoteliais do cérebro (BECs) <sUp class = "xref"> 3. Todos os tipos de células contribuem para a função do BBB através do suporte estrutural e através da secreção de moléculas efectoras, como fatores de crescimento angiogênicos, citocinas e quimiocinas que atuam de forma paracrina e autocrina. No entanto, as principais células efetoras da BBB são BECs 3 . Em geral, as técnicas de cultura celular para avaliar a função BBB são os ensaios de permeabilidade realizados em células cultivadas em inserções de filtro, ou avaliar níveis de proteínas BEC chave, ambos após a adição de estressores 14 , 15 , 16 . Embora importantes, esses ensaios não se concentram na cobertura cerebrovascular.
Aqui, nossos métodos anteriores 17 são detalhados para avaliar a cobertura de BEC e as estruturas semelhantes a redes, usando culturas únicas de BEC humanas imortalizadas, culturas únicas de BEC primários de mouse e uma cultura tripla humanizadaModelo (BECs, astrocitos e pericitos) do BBB. O objetivo foi demonstrar o efeito prejudicial da OAβ, que é considerado um contribuinte importante para a progressão do AD, na cobertura da BEC. O efeito protetor do fator de crescimento epidérmico (EGF) destaca o potencial da técnica como ferramenta de triagem terapêutica. A técnica tem várias aplicações amplas para pesquisa básica e aplicada, incluindo: 1) delineando o papel de caminhos específicos sobre angiogênese e cobertura de vasos, 2) avaliação dos efeitos da doença e fatores relevantes ao envelhecimento na angiogênese e cobertura vascular e 3) identificação de farmacologia Alvos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os métodos descritos podem ser utilizados para abordar várias questões biológicas fundamentais em torno da cobertura cerebrovascular 24 . Especificamente, eles podem identificar quais receptores e vias de sinalização desempenham um papel na angiogênese, na cobertura vascular no tecido cancerígeno e nas células endoteliais periféricas relevantes para o cérebro. Exemplos incluem receptores de fator de crescimento angiogênico, óxido nítrico, sinalização de proteína quinase ativada p…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Leon Tai é financiado por fundos de start-up da Universidade de Illinois Chicago.
Materials
| hCMEC/D3 cells | Milipore | SCC066 | |
| EBM-2 basal media | Lonza | CC-3156 | |
| Collagen Type 1 | ThermoFisher | A1064401 | |
| HBSS, calcium, magnesium, no phenol red | ThermoFisher | 14025092 | |
| HBSS, no calcium, no magnesium, no phenol red | ThermoFisher | 14175095 | |
| Trypsin-EDTA (0.25%) | ThermoFisher | 25200056 | |
| Final concentrations of the SingleQuot growth factor supplements for EBM2 media | Lonza | CC-4147 | |
| 5% FBS | Lonza | CC-4147 | |
| 10% Ascorbic acid | Lonza | CC-4147 | |
| 10% Gentamycin sulphate | Lonza | CC-4147 | |
| 25% Hydrocortisone | Lonza | CC-4147 | |
| 1/4 volume of the supplied growth factors: fibroblast growth factor, epidermal growth factor, insulin-like growth factor, vascular endothelial growth factor | Lonza | CC-4147 | |
| Puromycin hydrochloride | VWR | 80503-312 | |
| MEM-HEPES | Thermo Scientific | 12360-038 | |
| Papain cell dissociation system (papain and DNase1) | Worthington Biochemical | LK003150 | |
| Human pericytes | Sciencell | 1200 | |
| Pericyte basal media | Sciencell | 1201 | |
| Pericyte growth supplement | Sciencell | 1252 | |
| Human Astrocytes | Sciencell | 1800 | |
| Astrocyte media | Sciencell | 1801 | |
| Astrocyte growth supplement | Sciencell | 1852 | |
| Basement membrane (Matrigel Growth Factor Reduced) | Corning | 356231 | |
| Angiogenesis m-plates (96-well) | ibidi | 89646 | |
| Human Epidermal growth factor | Shenendoah Biotechnology | 100-26 | |
| CellTracker green | ThermoFisher | C7025 | |
| CellTracker orange | ThermoFisher | C34551 | |
| CellTracker blue | ThermoFisher | C2110 | |
| Poly-l-lysine | Sciencell | 0403 | |
| 10% Neutral Buffered Formalin | Sigma-Aldrich | HT5012-60ML | |
| C57BL mice | Jackson Laboratory | na | |
| PCR tube strips | GeneMate | T-3014-2 | |
| Zeiss stereo discover v.8 dissecting microscope | Zeiss | na |
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