虚血性脳卒中をin vitroで研究するためのヒト血液脳関門のトリプル初代細胞培養モデル
Summary
ここでは、初代ヒト脳微小血管内皮細胞、アストロサイト、周皮細胞に基づく血液脳関門のトリプルセル培養モデルの確立方法について述べる。この多細胞モデルは、 in vitro での虚血性脳卒中中の神経血管ユニット機能障害の研究や薬剤候補のスクリーニングに適しています。
Abstract
虚血性脳卒中は、世界中の主要な死因および障害であり、治療の選択肢は限られています。虚血性脳卒中の神経病理学は、細胞死および認知機能障害につながる脳への血液供給の中断によって特徴付けられる。虚血性脳卒中中および脳卒中後、血液脳関門(BBB)機能障害は傷害の進行を促進し、患者の回復不良の一因となります。現在のBBBモデルには、主に内皮単培養と、星状細胞または周皮細胞のいずれかとの二重共培養が含まれます。
このようなモデルは、細胞間コミュニケーションに不可欠な動的な脳微小環境を完全に模倣する能力を欠いています。さらに、一般的に使用されるBBBモデルには、翻訳制限をもたらす不死化ヒトリンパ管内皮細胞または動物由来(げっ歯類、ブタ、またはウシ)細胞培養物が含まれていることがよくあります。この論文では、初代ヒト細胞(脳微小血管内皮細胞、星状細胞、および脳血管周皮細胞)のみを含む新しいウェルインサートベースのBBBモデルについて説明し、 in vitroで虚血性脳損傷の調査を可能にします。
バリアの完全性に対する酸素-グルコース欠乏(OGD)の影響は、受動的透過性、経内皮電気抵抗(TEER)測定、および低酸素細胞の直接視覚化によって評価されました。提示されたプロトコルは、 インビボでのBBBの細胞間環境を模倣する明確な利点を提供し、虚血性脳損傷の設定における新しい治療戦略を開発するためのより現実的な インビトロ BBBモデルとして機能します。
Introduction
脳卒中は、世界中の主要な死因および長期障害の1つです1。脳卒中の発生率は年齢とともに急速に増加し、55歳以降10年ごとに倍増します2。虚血性脳卒中は、血栓性および塞栓性イベントによる脳血流障害の結果として発生し、これはすべての脳卒中症例の80%以上を網羅しています3。現在でも、虚血性脳卒中後の組織死を最小限に抑えるために利用できる治療選択肢は比較的少ない。存在する治療法は時間に敏感であり、その結果、必ずしも良好な臨床転帰につながるとは限りません。したがって、脳卒中後の回復に影響を与える虚血性脳卒中の複雑な細胞メカニズムの研究が急務です。
BBBは、血液と脳実質の間の分子交換のための動的インターフェースです。構造的には、BBBは、基底膜に囲まれた接合複合体によって相互接続された脳微小血管内皮細胞、周皮細胞、および星状細胞端部4で構成されています。周皮細胞および星状細胞は、強力でタイトな接合部の形成に必要な様々な因子の分泌を通じて、BBBの完全性の維持に不可欠な役割を果たす5,6。BBBの内訳は、虚血性脳卒中の特徴の1つです。脳虚血に関連する急性炎症反応および酸化ストレスは、タイトジャンクションタンパク質複合体の破壊および星状細胞、周皮細胞、および内皮細胞間の調節不全のクロストークをもたらし、BBB7全体の傍細胞溶質透過性の増加をもたらす。BBB機能障害は、脳浮腫の形成をさらに促進し、出血性変換のリスクを高めます8。上記のすべてを考慮すると、虚血性脳卒中中および脳卒中後にBBBレベルで発生する分子および細胞の変化を理解することに大きな関心があります。
多くのin vitro BBBモデルがここ数十年にわたって開発され、さまざまな研究で使用されてきましたが、それらのどれもin vivo条件を完全に複製することはできません9。一部のモデルは、ウェルインサート透過性支持体上で単独で、または周皮細胞または星状細胞と組み合わせて培養された内皮細胞単層に基づいていますが、トリプルセル培養モデル設計を導入しているのは最近の研究だけです。ほとんどすべての既存の三重培養BBBモデルは、動物種またはヒト多能性幹細胞に由来する細胞から単離された星状細胞および周皮細胞と共に初代脳内皮細胞を組み込んでいる10、11、12、13。
ヒトBBBをin vitroでよりよく再現する必要性を認識し、ヒト脳微小血管内皮細胞(HBMEC)、初代ヒトアストロサイト(HA)、および初代ヒト脳血管周皮細胞(HBVP)で構成されるトリプルセル培養in vitroBBBモデルを確立しました。このトリプルカルチャーBBBモデルは、孔径0.4 μmの6ウェルプレートポリエステルメンブレンインサート上にセットアップされます。これらのウェルインサートは、細胞接着に最適な環境を提供し、培地サンプリングまたは化合物塗布のために頂端(血液)コンパートメントと基底外側(脳)コンパートメントの両方に簡単にアクセスできます。この提案されたトリプルセル培養BBBモデルの特徴は、酸素(<1%O2)と栄養素の不足(グルコースフリー培地を使用)が加湿された密閉チャンバーを使用して達成された、虚血性脳卒中を模倣したOGD後のTEERおよび傍細胞フラックスを測定することによって評価されます。さらに、このモデルで誘導された虚血様条件は、低酸素細胞を直接可視化することによって正確に検証されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコールでは、イン ビトロで虚血性脳卒中の設定におけるBBB機能障害を研究するための信頼性の高い三重内皮細胞・周皮・アストロサイト培養BBBモデルをセットアップする方法を記載する。周皮細胞が インビボで 内皮細胞の最も近い隣接であることを考慮すると、HBVPは、このモデル16においてウェルインサートの下側に播種されている。この配置は?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、国立衛生研究所(NIH)の助成金MH128022、MH122235、MH072567、MH122235、HL126559、DA044579、DA039576、DA040537、DA050528、およびDA047157によってサポートされました。
Materials
| 24 mm Transwell with 0.4 µm Pore Polyester Membrane Insert | Corning | 3450 | |
| 35 mm Glass Bottom Dishes | MatTek Life Sciences (FISHERSCI) | P35GC-1.5-14-C | |
| Astrocyte Medium | Science Cell | 1801 | |
| Attachment Factor | Cell Systems (Fisher Scientific) | 4Z0-201 | |
| BD 60 mL Syringe | BD | 309653 | |
| BrainPhys Imaging Optimized Medium | STEMCELL Technologies | 5791 | |
| Complete Classic Medium With Serum and CultureBoost | 4Z0-500 | Cell Systems | |
| Corning 50 mL PP Centrifuge Tubes (Conical Bottom with CentriStar Cap | VWR | 430829 | |
| Corning 75cm² U-Shaped Canted Neck Not Treated Cell Culture Flask | Corning | 431464U | |
| Corning CellBIND 96-well Flat Clear Bottom Black Polystyrene Microplates | Corning | 3340 | |
| Countes Cell Counting Chamber Slides | Thermo Fisher Scientific | C10228 | |
| Countess II FL Automated Cell Counter | Thermo Fisher Scientific | ZGEXSCCOUNTESS2FL | |
| Decon CiDehol 70 Isopropyl Alcohol Solution | Fisher Scientific | 04-355-71 | |
| Disposable Petri Dishes | VWR | 25384-088 | |
| DMEM Medium (No glucose, No glutamine, No phenol red) | ThermoFisher | A14430-01 | Glucose-free medium |
| DPBS (No Calcium, No Magnesium) | ThermoFisher | 14190250 | |
| EBM Endothelial Cell Growth Basal Medium, Phenol Red Free, 500 mL | Lonza | CC-3129 | |
| EVOM2 Epithelial Volt/Ohm (TEER) Meter with STX2 electrodes | World Precison Instruments | NC9792051 | Epithelial voltohmmeter |
| Fluorescein isothiocyanate–dextran (wt 20,000) | Millipore Sigma | FD20-250MG | |
| Fluorescein isothiocyanate–dextran (wt 70,000) | Millipore Sigma | FD70S-250MG | |
| Fluorview FV3000 Confocal Microscope | Olympus | FV3000 | |
| Gas Tank (95% N2, 5% CO2) | Airgas | X02NI95C2003071 | |
| HBSS (No calcium, No magnesium, no phenol red) | Thermofisher | 14025092 | |
| Hoechst 33342, Trihydrochloride, Trihydrate – 10 mg/mL Solution in Water | ThermoFisher | H3570 | |
| Human Astrocytes | Science Cell | 1800 | |
| Human Brain Vascular Pericytes | Science Cell | 1200 | |
| Hypoxia Incubator Chamber | STEMCELL Technologies | 27310 | |
| Image-iT Green Hypoxia Reagent | ThermoFisher | I14834 | |
| Pericyte Medium | Science Cell | 1201 | |
| Primary Human Brain Microvascular Endothelial Cells | ACBRI 376 | Cell Systems | |
| Rocking Platform Shaker, Double | VWR | 10860-658 | |
| Single Flow Meter | STEMCELL Technologies | 27311 | |
| SpectraMax iD3 Microplate Reader | Molecular Devices | 75886-128 | |
| Syringe Filter, 25 mm, 0.22 μm, PVDF, Sterile | NEST Scientific | 380121 | |
| TPP Mutli-well Plates (6 wells) | MidSci | TP92406 | |
| TPP Tissue Culture Flasks T-75 Flasks | MidSci | TP90075 | Flasks with activated surface for cell adhesion |
| Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | ThermoFisher | 25200056 | |
| UltraPure Distilled Water | Invitrogen (Life Technologies) | 10977-015 | |
| Uno Stage Top Incubator- | Oko Lab | UNO-T-H-CO2-TTL |
Referências
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