Die Erhaltung der Blut-Hirn-Schranke Abdeckung ist der Schlüssel für die Homöostase des zentralen Nervensystems. Dieses Protokoll beschreibt in vitro- Techniken, um die fundamentalen und pathologischen Prozesse abzugrenzen, die die Blut-Hirn-Schrankenabdeckung modulieren.
Blut-Hirn-Schranke (BBB) Abdeckung spielt eine zentrale Rolle in der Homöostase des zentralen Nervensystems (ZNS). Die BBB wird dynamisch durch Astrozyten, Perizyten und Hirn-Endothelzellen (BECs) gehalten. Hier stellen wir Methoden zur Beurteilung der BBB-Berichterstattung über einzelne Kulturen von verewalisierten menschlichen BECs, einzelne Kulturen von primären Maus-BECs und ein humanisiertes Triple-Kulturmodell (BECs, Astrozyten und Perizyten) der BBB vor. Um die Anwendbarkeit der Assays auf Krankheitszustände hervorzuheben, beschreiben wir die Wirkung von oligomeren Amyloid-β (oAβ), was ein wichtiger Faktor für die Alzheimer-Krankheit (AD) -Progression bei der BBB-Abdeckung ist. Weiterhin nutzen wir den epidermalen Wachstumsfaktor (EGF), um das Arzneimittel-Screening-Potential der Techniken zu beleuchten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass einzelne und dreifach kultivierte BECs unter basalen Bedingungen meshwork-ähnliche Strukturen bilden und dass oAβ diese Zell-Mesh-Formation stört und die vorgeformten Mesh-Strukturen degeneriert,Aber EGF blockiert diese Störung. So sind die beschriebenen Techniken für die Sezierung von fundamentalen und krankheitsrelevanten Prozessen wichtig, die die BBB-Abdeckung modulieren.
Die Blut-Hirn-Schranke (BBB) von zerebralen Kapillaren ist die grösste Schnittstelle von Blut-zu-Gehirn-Kontakt und spielt eine zentrale Rolle in der Homöostase des Zentralnervensystems (ZNS) 1 , 2 . Die dynamischen Prozesse am BBB verhindern die Aufnahme von unerwünschten Molekülen aus dem Blut, entfernen Abfallprodukte aus dem ZNS, liefern dem NZS wesentliche Nährstoffe und Signalmoleküle und modulieren die Neuroinflammation 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . BBB-Schäden sind während des Alterns vorherrschend und einige neurodegenerative Erkrankungen einschließlich Alzheimer-Krankheit (AD), Multiple Sklerose und Schlaganfall 1 , 2 , 3 , 4 , 5 ,Ass = "xref"> 6 Daher kann die BBB-Dysfunktion eine Schlüsselrolle bei neurodegenerativen Erkrankungen spielen, auch als therapeutisches Ziel.
Die Erhaltung der Schiffsdeckung ist für die homöostatischen Funktionen der BBB wichtig. In vivo- und in vitro- Daten stehen jedoch Konflikte dar, ob die Prozesse, die bei neurodegenerativen Störungen auftreten, eine höhere oder niedrigere BBB-Abdeckung 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , insbesondere in AD, verursachen. Daher gibt es eine starke Begründung für die Entwicklung von In-vitro- Modellen mit relevanten Zelltypen zu bewerten und umfassender zu verstehen, die Dynamik der BBB-Abdeckung. Zerebrale Kapillaren bestehen aus Astrozyten, Perizyten und Hirn-Endothelzellen (BECs) <sUp class = "xref"> 3. Alle Zelltypen tragen zur Struktur der BBB durch strukturelle Unterstützung und über die Sekretion von Effektormolekülen wie angiogenen Wachstumsfaktoren, Zytokinen und Chemokinen bei, die in parakrin- und autokrineartig wirken. Allerdings sind die großen Effektorzellen der BBB BECs 3 . Im Allgemeinen sind die Zellkulturtechniken zur Beurteilung der BBB-Funktion Permeabilitäts-Assays, die an Zellen durchgeführt werden, die auf Filtereinsätzen gezüchtet werden, oder die Bewertung von Niveaus von Schlüssel-BEC-Proteinen, sowohl nach der Zugabe von Stressoren 14 , 15 , 16 . Obwohl wichtig, diese Assays nicht auf die zerebrovaskuläre Abdeckung konzentrieren.
Hier sind unsere bisherigen Methoden 17 detailliert, um die BEC-Berichterstattung und die meshwork-artigen Strukturen unter Verwendung einzelner Kulturen von immortalisierten menschlichen BECs, einzelner Kulturen von primären Maus-BECs und einer humanisierten Tripelkultur zu bestimmenModell (BECs, Astrozyten und Perizyten) der BBB. Ziel war es, die nachteilige Wirkung von oAβ zu demonstrieren, die als wichtiger Beitrag zur AD-Progression auf der BEC-Berichterstattung gilt. Die schützende Wirkung des epidermalen Wachstumsfaktors (EGF) unterstreicht das Potenzial der Technik als therapeutisches Screening-Tool. Die Technik hat mehrere breite Anwendungen für die Grundlagenforschung und die angewandte Forschung, einschließlich: 1) Abgrenzung der Rolle spezifischer Wege auf Angiogenese und Gefäßabdeckung, 2) Bewertung der Auswirkungen von Krankheiten und Alterungsrelevanten Faktoren auf die Angiogenese und die Gefäßabdeckung und 3) die Identifizierung der pharmakologischen Zielen
Die beschriebenen Methoden können genutzt werden, um mehrere grundlegende biologische Fragen um die zerebrovaskuläre Abdeckung zu adressieren 24 . Insbesondere können sie identifizieren, welche Rezeptoren und Signalwege eine Rolle bei der Angiogenese, der Gefäßabdeckung im Krebsgewebe und den peripheren Endothelzellen spielen, die für das Gehirn relevant sind. Beispiele umfassen angiogene Wachstumsfaktor-Rezeptoren, Stickstoffmonoxid, Mitogen-aktivierte Proteinkinase-Signalisierung und Calc…
The authors have nothing to disclose.
Leon Tai wird von der University of Illinois Chicago Start-up-Fonds finanziert.
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 |