JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

Yöntem bir Vitro kan - beyin bariyerini modeli domuz beyin endotel hücreleri temel alan kurulması için geliştirilmiş

Published: September 24, 2017
doi:
10.3791/56277
, , , , , , ,
1Lundbeck Foundation Research Initiative on Brain Barriers and Drug Delivery, Department of Biomedicine,Aarhus University, 2Institute of Pharmaceutical Science,King’s College London, 3HICoE Centre for Drug Research,Universiti Sains Malaysia

Summary

Protokol amacı birincil domuz beyin endotel hücreleri (pBECs) temel alan bir vitro kan – beyin bariyerini (BBB) modeli kurulması için en iyi duruma getirilmiş bir yordam sunmaktır. Modeli gösterir yüksek tekrarlanabilirlik, yüksek gerginlik ve taşıma ve hücre içi ilaç bulma gelen kaçakçılığı için uygundur.

Abstract

Bu iletişim kuralının amacı ve ekimi pBECs ve vitro kan – beyin bariyerini (BBB) modelleri pBECs mono-kültür (MC), MC astrocyte şartına orta (ACM), ile temel kurmak için en iyi duruma getirilmiş bir yordam sunar ve ortak kültür (NCC) astrocytes, domuz ile temas ya da sıçan kökenli. pBECs izole ve parçaları kapiller beyin cortices aile içi domuz 5-6 aylık üzerinden kültürlü. Bu parçaları dikkatli çıkarılması meninkslerde, yalıtım ve gri madde, filtrasyon, Enzimatik sindirim ve Santrifüjü homojenizasyon tarafından saf. Daha fazla bulaşıcı hücreleri ortadan kaldırmak için kapiller parçaları ile puromisindir içeren kültürlü orta. % 60-95 birleşmesi, kapiller parçalardan büyüyen pBECs için pasajlı zaman geçirgen membran filtre ekler ve modellerinde kurdu. Bariyer gerginlik ve pBECs BBB karakteristik fenotip artırmak için hücreleri aşağıdaki farklılaşma faktörler ile tedavi edildi: membran permeant 8-CPT-kampı (burada kısaltılmış kampı), hidrokortizon ve bir fosfodiesteraz inhibitörü, RO-20-1724 (RO). Yordamı bir 9-11 gün boyunca yürütülen ve NCC modeli oluşturulurken, astrocytes 2-8 hafta önceden kültürlü. Bağlılık protokolündeki açıklanan yordamlara endotel katmanları kurulması son derece kısıtlı paracellular geçirgenliği ile izin verdi, bir ortalama transendothelial elektriksel direnç (AYLARININ) 1249 ± 80 Ω cm gösterilen NCC ile model 2ve paracellular geçirgenliği (Papp) için Lucifer sarı, 0.90 10-6 ± 0,13 10-6 cm sn-1 (± SEM, yani n = 55). Daha fazla bu pBEC fenotip değerlendirilmesi gösterdi sıkı bileske proteinler claudin 5, iyi ifade ZO-1, occludin ve adherens junction protein p120 catenin. Sunulan model bir dizi sağlık ve hastalığında BBB çalışmaları için kullanılabilir ve çok kısıtlayıcı paracellular geçirgenliği ile bu model taşıma ve hücre içi kaçakçılığı çalışmalar için uygundur.

Introduction

Hücresel yapısı ve fonksiyonu kan – beyin bariyerini

Dolaşım ve merkezi sinir sistemi (MSS) arayüzü BBB CNS microenvironment kontrolünü homoeostatic için anahtar bir düzenleyici site düzgün ve sinir sisteminin korunması için gerekli olan görevi görür. BBB kan damarı Lümen astar endotel hücreleri sitedir. Beyin kılcal, endotel hücreleri karmaşık hücreler arası sıkı kavşaklar oluşturmak ve belirli akını ve sızma taşıyıcılar güçlü polarize ifade şekillerinin çok özel moleküler taşıma kan ve beyin 1arasında olun. Sıkı bağlantı kompleksleri yapısal bileşenlerini aile occludin ve claudin, zonula occludens (ZO) proteinler, cingulin protein içerir ve bileske adezyon molekülleri (sıkışmaları) ilişkili. Claudin 5 paracellular bileske sınırlama içinde özellikle önemlidir. İndüksiyon ve bu karakteristik BBB endotel fenotip Bakımı dahil ile çevredeki hücreleri, perisitlerden, astrocytes, sinir hücreleri ve Bodrum membranlar, hangi beyin endotel ile birlikte form hücreleri de dahil olmak üzere dinamik etkileşimler nörovasküler birim (NVU)2,3. Bu etkileşimler dahil mekanizmaları henüz tam olarak anlaşılmış değil, ancak exchange BBB geçirgenliği modülasyon kısa vadede sağlar ve uzun vadeli BBB özellikleri4indükler hücreleri arasındaki kimyasal sinyallerin içerir. Astrocytes özellikle beyin endotel hücre fenotip için katkıda bulunmak için bilinen ve düzenleyici faktörler gliyal kaynaklı Nörotrofik faktör (hücre içi kampı etkileyen)5, temel fibroblast büyüme faktörü6gibi bir kaynaktır, hidrokortizon7ve dönüştürme büyüme faktörü β (TGF-β)8. TGF-β, etkisini ancak, tartışılan9olmuştur.

Vivo Vitro BBB

İn vivo çalışmalar BBB Biyoloji değerli bilgiler vermeye devam ediyor. Ancak, hücre kültür modelleri ek anlayışlar sağlamak ve sağlık ve hastalığında BBB detaylı moleküler ve fonksiyonel yönlerini anlamak için yararlı araçlar oluşturur. Hücre tipleri ve BBB bileşenlerinin arasındaki karmaşık etkileşimler vitro modellerinde tam olarak ulaşmak zor olsa da, ortada, beyin endotel hücrelerinin ilk arıtma ve uygulama mono-kültür içinde bu yana 10 , 11 , 12, arıtma işlemleri ve BBB koşullarının büyüme kapsamlı geliştirme kültür modelleri, in vivo bariyer büyük benzerlik sonuçlanan cep. Yaygın olarak kullanılan vitro BBB modelleri kemirgen, domuz ve sığır kökenli Primer hücre ve ölümsüzleştirdi hücre satırlarını temel alır. Her model farklı avantajları ve dezavantajları vardır. Karşılaştırma ve model seçimi için doğrulama işaretleri ifade BBB enzimler, ışınlayıcılar, reseptörleri ve yapısal proteinler gibi geçerli kurulan modelleri1, genel bakış, oluşturmak için kullanılır.

Amaç iletişim kuralı

Önemli özelliklerinden biri: BBB bariyer gerginlik ve yüksek AYLARININ henüz çok sayıda mevcut modelleri de vivo içinde düzeylerini yansıtmak değil. Birkaç laboratuar geliştirme ve en iyi duruma getirme katkılarıyla bir araya getiren, bu iletişim kuralının amacı İlköğretim ile birincil pBECs MC ile ya da ezelî ACM veya NCC temel yüksek AYLARININ vitro BBB modeli oluşturmak için bir yöntem sunmaktır astrocytes fare veya domuz kökenli. Modelinin kurulması ve uygulanan yordamlar çabaları bulaşıcı hücreleri ortadan kaldırmak için ve pBECs farklılaşma BBB fenotip içine geliştirmek için içerir. Bu eser güvenilir, yüksek AYLARININ modelleri işyerinde düşük paracellular geçirgenliği ve anahtar sıkı bileske proteinler, taşıyıcılar ve reseptörleri iyi işlev ifadesi ile sonuçlandı. Ancak, üç farklı koşul kültürünün astrocytes beyin endotel hücre fenotip bir faktör olarak, üç farklı fenotipleri beyin endotel hücrelerinin temsil eder. NCC modeli nerede BBB özellikleri maksimal ifade, özellikle bazı özel mekanizmalar ilaç bulma, taşıma çalışmaları ve hücre içi kaçakçılığı, ilgili çalışmaların yanı sıra hücre-hücre etkileşimlerin incelenmesi için yararlıdır avantajlı.

Kökeni ve geçmişi iletişim kuralı

Burada açıklanan pBEC modeli Dr. Louise Morgan ve meslektaşları, hangisinin bir başarılı önceki sığır beyin endotel hücre modeli13tarihinde dayalı tarafından büyük ölçüde (Londra) Eisai laboratuarlarında geliştirilen domuz modeli dayanır. Hücre hazırlık özgün yöntem saflık geliştirmek için subculturing bir adım gelir yüzdeki yakalamak için bir iki aşamalı filtreleme naylon kullanarak kafesleri oldu. Yöntemi önceki gelişiminde en uygun BBB fenotip ve bariyer gerginlik desteklenmiştir orta ACM dahil olmak üzere, büyüme elde edildi. Yöntemine yapılan diğer değişiklikler R. Skinner tarafından Prof N. Rothwell’ın Manchester UK14,15laboratuarında yapılmış. Yöntem Abbott laboratuarı, KCL Londra, nerede Patabendige önemli ölçüde astrocytes veya ACM kullanımı kaçınarak ve puromisindir ile perisitlerden gibi bulaşıcı hücreleri ortadan kaldırarak hazırlamak basit yapılmış tarafından kabul edilmiştir. MC model birkaç önemli şekil-in vivo BBB, etkili sıkı kavşaklar, membran taşıma sistemleri ve reseptör aracılı transcytosis16,17 gibi korunmuş ilk kağıtları doğruladı , 18 , 19 , 20. daha sonra S. Yusof tekrar test astrocyte ortak kültür ve bu belirgin bir biçimde iyileştirilmiş AYLARININ, yani bu şu anda Abbott laboratuarı21‘ kullanılan tercih edilen varyant bulundu. Model başarıyla oldu M. Nielsen transfer başka değişiklikler nerelerdeydin Aarhus, laboratuarda (Bu iletişim kuralı) tanıttı, ayıklama, tek bir kafes filtrasyon adım ve bir tek filtre kaplama adım kullanarak kolaylaştırmaya gri de dahil olmak üzere önemli kollajen ve fibronektin birleştirerek. Domuz astrocytes (Bu iletişim kuralı) yalıtım için uygulanan prosedür Thomsen ve ark22tarafından açıklanan Aalborg, T. Moos laboratuvarda tarafından geliştirilen iletişim kuralları dayanıyordu. AYLARININ ve Londra ve Aarhus içinde oluşturulan modeli diğer özelliklerini hangi model labs arasında kolayca aktarılır ve iyi dikkatli gözlem ve rasyonalizasyon yöntemi adımlardan yanıt kavramına güven ödünç benzerdir. Nitekim, S. Yusof şimdi yerel koşullara ve doku kaynakları için daha fazla ayarlama dahil bir tropik ülke (Malezya) yılında23, MC model kurmuştur.

Avantajları alternatif yöntemler üzerinde ve şu anda modelleri kurulan

Sığır ve kemirgen kökenli beyin endotel hücrelerine kıyasla, pBECs yalıtım24takip vivo BBB fenotip kaybı daha düşük bir oranı sahip olmanın avantajı sağlar. Ayrıca, pBECs MC (800 Ω cm2)16 monolayers bEND.5 ve bEND.3 (50 Ω cm2) gibi hücre hatları için yaygın olarak bildirilen düzeyleri ile karşılaştırıldığında bile yetiştirilen nispeten sıkı endotel engelleri, şekillendirme yeteneğine 25 , 26 , 27, cEND (300-800 Ω cm2)28,29,30ve cerebEND (500 Ω cm2)29,31,32ve birincil beyin fare (100-300 Ω cm2) endotel hücreleriSS = “xref” > 33,34,35,36 ve fare (100-300 Ω cm2)37,38. Bununla birlikte, AYLARININ bağımlılık üzerinde arıtma ve kültür yordamlar göstermektedir. Çoğu durumda, ACM eklenmesi veya astrocytes ile ortak kültür endotel Katmanlar1gerginlik endotel hücreleri ve artış ayırt edici etkileri gösterir. Yine de, çabaları ile kodlamayla koşulları en iyi duruma getirmek için sadece sığır tabanlı modeller AYLARININ değerleri domuz tabanlı modeller (800 Ω cm2 ‘ MC, en çok astrocyte ortak kültür 2500 Ω cm2 Ortalamalar) karşılaştırılabilir göstermiştir13 ,39,40,41,42,43,44,45. Birincil sığır beyin üzerine alan modelleri olarak endotel hücreleri büyük varyasyon, laboratuvarlar14,45,46,47,48içinde ve arasında göstermiştir, tekrarlanabilirlik bir sorun olabilir. Rapor burada pBEC modelinde katkıda bulunan laboratuvarlar çok benzer AYLARININ ve paracellular geçirgenlik değerleri düşük değişkenliği hem de laboratuvarlar arasında ile elde ettik. Bu nedenle, burada sunulan yöntemiyle düşük değişkenliği ile güçlü bir modeli kurmak diğer laboratuarlar için mümkün olmalıdır. Sıkı endotel Katmanlar oluşturan ek olarak, pBECs modelleriyle daha önce ifade ve sıkı kavşak proteinler, fonksiyonel BBB taşıyıcılar, reseptörleri ve enzimler, gösterdiği için uygunluğunu test bir dizi çalışmalar15 tarafından doğrulanmış , 16 , 17 , 19 , 20 , 22 , 49 , 50 , 51 , 52 , 53 , 54 , 55 , 56 , 57 , 58 , 59. Ayrıca, yayınlanmamış transcriptome veri pBECs ortak kültürü üzerinde BBB taşıyıcılar ve reseptörleri (yayınlanmamış sonuçları, Nielsen vd.) beklenen bir profili gösterir.

Domuz tabanlı BBB modeli daha fazla avantajı vardır genom, anatomi, Fizyoloji ve hastalık ilerleme domuz yansıtmak olumlu olan60, özellikleri için kurulan diğer modellere kıyasla daha yüksek bir dereceye insan biyolojisi ilaç endüstrisi. Domuz beyin et endüstrisi ortak bir yan ürün olduğu için onlar deneyler için gerekli ve bir domuz beyin üzerinden yüksek arıtma verimi sağlayan hayvanlar sayısını en aza indirme endotel hücreleri, beyin kolayca erişilebilir bir kaynak oluşturmaktadır. Arıtma ve Primer hücre tarımı biraz zaman alıcı ve model kurma standardizasyon uzmanlık gerektirir rağmen Primer hücre en güvenilir BBB modelleri oluşturma. Bariyer gerginlik, ışınlama ifade profilleri ve microenvironment yönetmelik deneysel bulgular vivo içinde61, yansıtmıyor gibi ölümsüzleştirdi hücre hatları yerine, önemli özellikler olarak olamaz 62. vitro modeller canlı hücre daha yüksek çözünürlükte görüntüleme, görselleştirme hücre içi süreçlerin bir yakın yaklaşım kullanarak hedefleri örneklenen veya gözlenen hücrelere izin vererek mümkün hale avantajı sağlamak yüksek büyütme ile daha iyi optik kalitesi63. İki fotonlu mikroskobu yaşayan hayvanlarda kullanımı böyle değildir. Ayrıca, vitro modelleri hücreleri, görselleştirme tagged proteinlerin ve onların ticareti soruşturma izin transfect olanağı sağlar.

Uygulama modeli

BBB işlevi sabit değildir ve dinamik olarak fizyolojisi ve patoloji modülasyonlu. Nörodejeneratif, dahil olmak üzere birçok nörolojik hastalıklarda enflamatuar ve bulaşıcı hastalıklar, bozulma ve BBB geçirgenliği artmıştır gözlenen64,65,66,67 . Azaltmak ve hastalık ilerleme ve sonraki zarar önlemek için kimlik ve BBB modülasyon temel moleküler mekanizmaları karakterizasyonu büyük önemi vardır. Bu bağlamda güvenilir vitro modelleri ilaç endüstrisi tarafından yüksek talep ve ayrıca MSS ilaçlara geçirgenliği BBB öngörmede önemli rol oynarlar. Geçirgenliği ekran hizmet veren herhangi bir vitro model bir kısıtlayıcı paracellular yol, bir fizyolojik gerçekçi hücre mimarisi ve ışınlama mekanizmaları68fonksiyonel ifade görüntülenmelidir. Önceki çalışmalar16,17,57ve paracellular geçirgenliği ve ifade burada TJ ve AJ proteinlerin gösterdi, sunulan model bu kriterleri karşılayan ve BBB bir aralığı için uygundur çalışmalar her iki normal Fizyoloji ve patoloji. Sunulan arıtma ve ekimi yönteminin güçlü basitlik birleşimini içerir ve tekrarlanabilirlik ve yetenek astrositik dahil bir elde edilen sağlam ve güvenilir yüksek AYLARININ vitro BBB modeli ile etkiler. Bunun amacı, astrocytes, domuz ve sıçan kökenli pBECs benzer bir şekilde22BBB fenotip artırmak için gösterilmiştir.

Protocol

domuz beyin Danimarka gıda sanayi yan elde. Danimarka mezbahalarda çoğu sıkı denetim ve Danimarka Çevre Bakanlığı ve gıda gözlem altında. astrocytes yalıtımı için kullanılan fare yetiştirilen ve grup-bir ortam sıcaklığı 22 ° C – 23 ° c ve üzerinde 12/12 h karanlık/ışık siklet muayene veteriner ve Danca göre altında yerel hayvan tesiste yer alan laboratuar hayvanları Yönetmeliği. Etik kullanımı hayvanlar (Avrupa Toplulukları Konsey Direktifi 24 Kasım 1986…

Representative Results

BBB Vitro modelleri kurulması Sunulmuştur, en iyi duruma getirilmiş yönteminde pBECs tarımı ve geçirgen membran Ekle sisteminin kurulması MC veya ACM veya NCC olmadan astrocytes (şekil 1) ile 9-11 gün (Şekil 2) bir süre için gerçekleştirilmiştir. Endotel hücre seçimi için saflaştırılmış kapiller parçalarının ilk bir kültür puromisindir…

Discussion

Arıtma ve hızla çoğalmak-in pBEC

Arıtma işlemi sırasında kritik adımlar meninkslerde hızlı ve etkili kaldırma ve ayırma arıtma verimi ve saflık ve model uygun kurulması için önemlidir beyaz ve gri madde içerir. PBECs kullanarak sunulan vitro BBB modeli için Biz Geliştirilmiş ve mekanik homojenizasyon izole gri madde boyutu-seçici yüzdeki, sindirim collagenase ile yalıtım için filtre uygulama dayalı bir arıtma yordam Basitleştirilmiş , Dnaz ve Tripsin, ilk b…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Lundbeck Vakfı Hibe numarası R155-2013-14113 ve yazarlar Elisabeth Helena Bruun, Sarah Christine Christensen ve Niels M. Kristiansen için teknik yardım kabul etmek istiyorum.

Materials

Fibronectin Sigma-Aldrich F1141
Collagen IV Sigma-Aldrich C5533
Poly-L-lysine Sigma-Aldrich P1524
DMEM/F-12 Lonza BE12-719F
DMEM/Low Glucose Sigma-Aldrich D6046
Penicillin/Streptomycin Gibco Invitrogen 15140
Plasma derived serum (PDS) First Link UK Ltd. 60-00-89
Fetal bovine serum (FBS) Gibco Invitrogen 10-270-106
Trypsin/EDTA Gibco Invitrogen 15090-046
Heparin Sigma-Aldrich H3393
Puromycin Sigma-Aldrich P8833
Hydrocortisone Sigma-Aldrich H4001
8-CPT-cAMP Biolog C010
RO 20-1724 Sigma-Aldrich B8279
Gentamicin Sulfate Lonza 17-518Z
DMSO Sigma-Aldrich 34896
PBS Sigma-Aldrich D8537
EtOH VWR 20,824,296 Mix the 70 % solution from the 96 % EtOH
DNAse 1 Sigma-Aldrich D4513
Collagenase CLS2 Sigma-Aldrich C6885
ddH2O Made with Elga System
T75 flasks Thermo Scientific 156499
Costar Transwell inserts (Cell permeable membrane inserts) Costar CLS3401 12-well plate, 12 mm diameter, 0.4 μm polycarbonate membrane
15 ml centrifuge tubes Cellstar 188271
50 ml centrifuge tubes Cellstar 227261
Petri dishes Thermo Scientific 150350
Cryo vials Thermo Scientific 377224
500 ml bottle Thermo Scientific 159910/159920
Scalpels Swann-Morten REF0211 Type 24
Tissue homogenizer Sigma D9188
140 μm filters MERCK NY4H04700
40 μm filters Corning 431750
EndOhm chamber system World Precision Instruments ENDOHM-12 EndOhm chamber for 12mm Culture Cups
EVOM2 electrode system World Precision Instruments 300523+STX100C TEER measurement system with rigid STX-100C electrode pair
Long needle Sigma Attach to a syringe
Fine-tip curved forceps KLS Martin 12-409-12-07
Broad tip forceps VWR 82027-390
Filter holder MERCK Milipore Swinnex-47
50 ml syringe Braun 4617509F
10 ml syringe Terumo SSt20ESI
Anti-Occludin antibody Abcam ab31721 1:100
Anti-p120 Catenin antibody BD Transduction laboratories 610133 1:200
Anti-ZO-1 antibody Invitrogen 61-7300 1:200
Anti-Claudin 5 antibody Sigma-Aldrich SAB4502981 1:100
Donkey anti rabbit IgG conjugated with Alexa Flour 568 Thermo Scientific A10042 1:500
Donkey anti mouse IgG conjugated with Alexa Flour 488 Thermo Scientific A21202 1:500
Sucrose Perkin Elmer NEC100X250UC 0.15µl/ml final working conc
Lucifer Yellow Sigma L0144 10 µg/ml final working conc
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Helms, H. C., et al. In vitro models of the blood-brain barrier: An overview of commonly used brain endothelial cell culture models and guidelines for their use. Journal of Cerebral Blood Flow, Metabolism. , 1-29 (2016).
  2. Abbott, N. J., Rönnbäck, L., Hansson, E. Astrocyte-endothelial interactions at the blood-brain barrier. Nature Rev Neurosci. 7 (1), 41-53 (2006).
  3. Hawkins, B. T., Davis, T. P. The blood-brain barrier/neurovascular unit in health and disease. Pharmacol Rev. 57 (2), 173-185 (2005).
  4. Abbott, N. J. Anatomy and Physiology of the Blood-Brain Barriers. Drug Delivery to the Brain SE – 1. 10, 3-21 (2014).
  5. Igarashi, Y., et al. Glial cell line-derived neurotrophic factor induces barrier function of endothelial cells forming the blood-brain barrier. Biochem Biophys Res Commun. 261 (1), 108-112 (1999).
  6. Sobue, K., et al. Induction of blood-brain barrier properties in immortalized bovine brain endothelial cells by astrocytic factors. Neurosci Res. 35 (2), 155-164 (1999).
  7. Hoheisel, D., et al. Hydrocortisone Reinforces the Blood-Brain Barrier Properties in a Serum Free Cell Culture System. Biochem Biophys Res Commun. 244 (1), 312-316 (1998).
  8. Tran, N. D., Correale, J., Schreiber, S. S., Fisher, M. Transforming growth factor-beta mediates astrocyte-specific regulation of brain endothelial anticoagulant factors. Stroke; a journal of cerebral circulation. 30 (8), 1671-1678 (1999).
  9. Takeshita, T., et al. Cilostazol attenuates ischemia-reperfusion-induced blood-brain barrier dysfunction enhanced by advanced glycation endproducts via transforming growth factor-β1 signaling. Mol cell neurosci. 60, 1-9 (2014).
  10. DeBault, L. E., Kahn, L. E., Frommes, S. P., Cancilla, P. A. Cerebral microvessels and derived cells in tissue culture: Isolation and preliminary characterization. In Vitro. 15 (7), 473-487 (1979).
  11. Bowman, P. D., et al. Primary Culture of Capillary Endothelium from Rat Brain. In Vitro IN VITRO Tissue Culture Association. 17 (4), 353-362 (1981).
  12. Bowman, P. D., Ennis, S. R., Rarey, K. E., Lorris Betz, A., Goldstein, G. W. Brain microvessel endothelial cells in tissue culture: A model for study of blood-brain barrier permeability. Annals of Neurology. 14 (4), 396-402 (1983).
  13. Rubin, L. L., et al. A cell culture model of the blood-brain barrier. The Journal of cell biology. 115 (6), 1725-1735 (1991).
  14. Wang, W., Dentler, W. L., Borchardt, R. T. VEGF increases BMEC monolayer permeability by affecting occludin expression and tight junction assembly. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 280 (1), H434-H440 (2001).
  15. Cantrill, C. A., Skinner, R. A., Rothwell, N. J., Penny, J. I. An immortalised astrocyte cell line maintains the in vivo phenotype of a primary porcine in vitro blood-brain barrier model. Brain Research. 1479, 17-30 (2012).
  16. Patabendige, A., Skinner, R. A., Morgan, L., Joan Abbott, N. A detailed method for preparation of a functional and flexible blood-brain barrier model using porcine brain endothelial cells. Brain Research. 1521, 16-30 (2013).
  17. Patabendige, A., Skinner, R. A., Abbott, N. J. Establishment of a simplified in vitro porcine blood-brain barrier model with high transendothelial electrical resistance. Brain Research. 1521, 1-15 (2013).
  18. Patabendige, A., Abbott, N. J. Primary Porcine Brain Microvessel Endothelial Cell Isolation and Culture. Current Protocols in Neuroscience. 69, 3.27.1-3.27.17 (2014).
  19. Teow, H. M., Zhou, Z., Najlah, M., Yusof, S. R., Abbott, N. J., D’Emanuele, A. Delivery of paclitaxel across cellular barriers using a dendrimer-based nanocarrier. International Journal of Pharmaceutics. 441 (1-2), 701-711 (2013).
  20. Dickens, D., et al. A Multi-System Approach Assessing the Interaction of Anticonvulsants with P-gp. PLoS ONE. 8 (5), e64854 (2013).
  21. Yusof, S. R., Avdeef, A., Abbott, N. J. In vitro porcine blood-brain barrier model for permeability studies: pCEL-X software pKaFLUX method for aqueous boundary layer correction and detailed data analysis. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 65, 98-111 (2014).
  22. Thomsen, L. B., Burkhart, A., Moos, T. A Triple Culture Model of the Blood-Brain Barrier Using Porcine Brain Endothelial cells, Astrocytes and Pericytes. PLOS ONE. 10 (8), e0134765 (2015).
  23. Liew, K. -. F., Hanapi, N. A., Chan, K. -. L., Yusof, S. R., Lee, C. -. Y. Assessment of the Blood-Brain Barrier Permeability of Potential Neuroprotective Aurones in Parallel Artificial Membrane Permeability Assay and Porcine Brain Endothelial Cell Models. Journal of Pharmaceutical Sciences. 106 (2), 502-510 (2017).
  24. Deli, M. A., Abrahám, C. S., Kataoka, Y., Niwa, M. Permeability studies on in vitro blood-brain barrier models: physiology, pathology, and pharmacology. Cellular and molecular neurobiology. 25 (1), 59-127 (2005).
  25. Omidi, Y., Campbell, L., Barar, J., Connell, D., Akhtar, S., Gumbleton, M. Evaluation of the immortalised mouse brain capillary endothelial cell line, b.End3, as an in vitro blood-brain barrier model for drug uptake and transport studies. Brain Research. 990 (1), 95-112 (2003).
  26. Paolinelli, R., et al. Wnt Activation of Immortalized Brain Endothelial Cells as a Tool for Generating a Standardized Model of the Blood Brain Barrier In Vitro. PLoS ONE. 8 (8), e70233 (2013).
  27. Steiner, O., Coisne, C., Engelhardt, B., Lyck, R. Comparison of Immortalized bEnd5 and Primary Mouse Brain Microvascular Endothelial Cells as in vitro Blood-Brain Barrier Models for the Study of T Cell Extravasation. Journal of Cerebral Blood Flow, Metabolism. 31 (1), 315-327 (2011).
  28. Förster, C., et al. Occludin as direct target for glucocorticoid-induced improvement of blood-brain barrier properties in a murine in vitro system. The Journal of Physiology. 565 (2), 475-486 (2005).
  29. Silwedel, C., Förster, C. Differential susceptibility of cerebral and cerebellar murine brain microvascular endothelial cells to loss of barrier properties in response to inflammatory stimuli. Journal of Neuroimmunology. 179 (1-2), 37-45 (2006).
  30. Kleinschnitz, C., et al. Glucocorticoid Insensitivity at the Hypoxic Blood-Brain Barrier Can Be Reversed by Inhibition of the Proteasome. Stroke. 42 (4), 1081-1089 (2011).
  31. Neuhaus, W., et al. Addition of NMDA-receptor antagonist MK801 during oxygen/glucose deprivation moderately attenuates the upregulation of glucose uptake after subsequent reoxygenation in brain endothelial cells. Neuroscience letters. 506 (1), 44-49 (2012).
  32. Neuhaus, W., Gaiser, F., Mahringer, A., Franz, J., Riethmüller, C., Fӧrster, C. The pivotal role of astrocytes in an in vitro stroke model of the blood-brain barrier. Frontiers in Cellular Neuroscience. 8, 352 (2014).
  33. Daneman, R., Zhou, L., Kebede, A. A., Barres, B. A. Pericytes are required for blood-brain barrier integrity during embryogenesis. Nature. 468 (7323), 562-566 (2010).
  34. Stamatovic, S. M., Keep, R. F., Kunkel, S. L., Andjelkovic, A. V. Potential role of MCP-1 in endothelial cell tight junction ‘opening’: signaling via Rho and Rho kinase. Journal of Cell Science. 116 (22), 4615-4628 (2003).
  35. Weidenfeller, C., Schrot, S., Zozulya, A., Galla, H. -. J. Murine brain capillary endothelial cells exhibit improved barrier properties under the influence of hydrocortisone. Brain Research. 1053 (1-2), 162-174 (2005).
  36. Deli, M. A., Abrahám, C. S., Niwa, M., Falus, A., et al. N,N-diethyl-2-[4-(phenylmethyl)phenoxy]ethanamine increases the permeability of primary mouse cerebral endothelial cell monolayers. Inflamm Res. 52, S39-S40 (2003).
  37. Calabria, A. R., Weidenfeller, C., Jones, A. R., de Vries, H. E., Shusta, E. V. Puromycin-purified rat brain microvascular endothelial cell cultures exhibit improved barrier properties in response to glucocorticoid induction. Journal of Neurochemistry. 97 (4), 922-933 (2006).
  38. Molino, Y., Jabès, F., Lacassagne, E., Gaudin, N., Khrestchatisky, M. Setting-up an In Vitro Model of Rat Blood-brain Barrier (BBB): A Focus on BBB Impermeability and Receptor-mediated Transport. Journal of Visualized Experiments. (88), e51278 (2014).
  39. Rutten, M. J., Hoover, R. L., Karnovsky, M. J. Electrical resistance and macromolecular permeability of brain endothelial monolayer cultures. Brain research. 425 (2), 301-310 (1987).
  40. Cecchelli, , et al. In vitro model for evaluating drug transport across the blood-brain barrier. Advanced drug delivery reviews. 36 (2-3), 165-178 (1999).
  41. Dehouck, M. P., Méresse, S., Delorme, P., Fruchart, J. C., Cecchelli, R. An easier, reproducible, and mass-production method to study the blood-brain barrier in vitro. Journal of neurochemistry. 54 (5), 1798-1801 (1990).
  42. Gaillard, P. J., et al. Establishment and functional characterization of an in vitro model of the blood-brain barrier, comprising a co-culture of brain capillary endothelial cells and astrocytes. European journal of pharmaceutical sciences official journal of the European Federation for Pharmaceutical Sciences. 12 (3), 215-222 (2001).
  43. Helms, H. C., Waagepetersen, H. S., Nielsen, C. U., Brodin, B. Paracellular tightness and claudin-5 expression is increased in the BCEC/astrocyte blood-brain barrier model by increasing media buffer capacity during growth. The AAPS journal. 12 (4), 759-770 (2010).
  44. Helms, H. C., Madelung, R., Waagepetersen, H. S., Nielsen, C. U., Brodin, B. In vitro evidence for the brain glutamate efflux hypothesis: Brain endothelial cells cocultured with astrocytes display a polarized brain-to-blood transport of glutamate. Glia. 60 (6), 882-893 (2012).
  45. Garberg, P., et al. In vitro models for the blood-brain barrier. Toxicology in Vitro. 19 (3), 299-334 (2005).
  46. Helms, H. C., Hersom, M., Kuhlmann, L. B., Badolo, L., Nielsen, C. U., Brodin, B. An Electrically Tight In Vitro Blood–Brain Barrier Model Displays Net Brain-to-Blood Efflux of Substrates for the ABC Transporters, P-gp, Bcrp and Mrp-1. The AAPS Journal. 16 (5), 1046-1055 (2014).
  47. van der Sandt, I. C., et al. Assessment of active transport of HIV protease inhibitors in various cell lines and the in vitro blood–brain barrier. AIDS. 15 (4), 483-491 (2001).
  48. Schaddelee, M. P., et al. Functional role of adenosine receptor subtypes in the regulation of blood-brain barrier permeability: possible implications for the design of synthetic adenosine derivatives. European journal of pharmaceutical sciences official journal of the European Federation for Pharmaceutical Sciences. 19 (1), 13-22 (2003).
  49. Malina, K. C. -. K., Cooper, I., Teichberg, V. I. Closing the gap between the in-vivo and in-vitro blood-brain barrier tightness. Brain Research. 1284, 12-21 (2009).
  50. Franke, H., Galla, H. J., Beuckmann, C. T. An improved low-permeability in vitro-model of the blood-brain barrier: transport studies on retinoids, sucrose, haloperidol, caffeine and mannitol. Brain research. 818 (1), 65-71 (1999).
  51. Thanabalasundaram, G., Schneidewind, J., Pieper, C., Galla, H. -. J. The impact of pericytes on the blood-brain barrier integrity depends critically on the pericyte differentiation stage. The International Journal of Biochemistry, Cell Biology. 43 (9), 1284-1293 (2011).
  52. Thanabalasundaram, G., El-Gindi, J., Lischper, M., Galla, H. -. J. Methods to Assess Pericyte-Endothelial Cell Interactions in a Coculture Model. Methods Mol Biol. 686, 379-399 (2011).
  53. von Wedel-Parlow, M., Wölte, P., Galla, H. -. J. Regulation of major efflux transporters under inflammatory conditions at the blood-brain barrier in vitro. Journal of Neurochemistry. 111 (1), 111-118 (2009).
  54. Zozulya, A., Weidenfeller, C., Galla, H. -. J. Pericyte-endothelial cell interaction increases MMP-9 secretion at the blood-brain barrier in vitro. Brain Research. 1189, 1-11 (2008).
  55. Mahringer, A., Delzer, J., Fricker, G. A fluorescence-based in vitro assay for drug interactions with breast cancer resistance protein (BCRP, ABCG2). European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 72 (3), 605-613 (2009).
  56. Gutmann, H., Török, M., Fricker, G., Huwyler, J., Beglinger, C., Drewe, J. Modulation of Multidrug Resistance Protein Expression in Porcine Brain Capillary Endothelial Cells In Vitro. Drug Metabolism and Disposition. 27 (8), (1999).
  57. Skinner, R., Gibson, R., Rothwell, N., Pinteaux, E., Penny, J. Transport of interleukin-1 across cerebromicrovascular endothelial cells. British Journal of Pharmacology. 156 (7), 1115-1123 (2009).
  58. Van Gelder, W., Huijskes-Heins, M. I. E., Van Dijk, J. P., Cleton-Soeteman, M. I., Van Eijk, H. G. Quantification of Different Transferrin Receptor Pools in Primary Cultures of Porcine Blood-Brain Barrier Endothelial Cells. Journal of Neurochemistry. 64 (6), 2708-2715 (2002).
  59. Huwyler, J., Drewe, J., Klusemann, C., Fricker, G. Evidence for P-glycoprotein-modulated penetration of morphine-6-glucuronide into brain capillary endothelium. British journal of pharmacology. 118 (8), 1879-1885 (1996).
  60. Walters, E. M., Agca, Y., Ganjam, V., Evans, T. Animal models got you puzzled?: think pig. Annals of the New York Academy of Sciences. 1245 (1), 63-64 (2011).
  61. Shawahna, R., Decleves, X., Scherrmann, J. -. M. Hurdles with using in vitro models to predict human blood-brain barrier drug permeability: a special focus on transporters and metabolizing enzymes. Current drug metabolism. 14 (1), 120-136 (2013).
  62. Weksler, B. B., et al. Blood-brain barrier-specific properties of a human adult brain endothelial cell line. FASEB journal official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 19 (13), 1872-1874 (2005).
  63. Siupka, P., et al. Bidirectional apical-basal traffic of the cation-independent mannose-6-phosphate receptor in brain endothelial cells. Journal of Cerebral Blood Flow, Metabolism. , (2017).
  64. Xu, C. -. Y., Zhu, H. -. M., Wu, J. -. H., Wen, H., Liu, C. -. J. Increased permeability of blood-brain barrier is mediated by serine protease during Cryptococcus meningitis. Journal of International Medical Research. 42 (1), 85-92 (2014).
  65. Roberts, D. J., Goralski, K. B. A critical overview of the influence of inflammation and infection on P-glycoprotein expression and activity in the brain. Expert opinion on drug metabolism, toxicology. 4 (10), 1245-1264 (2008).
  66. Correale, J., Villa, A. The blood-brain-barrier in multiple sclerosis: functional roles and therapeutic targeting. Autoimmunity. 40 (2), 148-160 (2007).
  67. Desai, B. S., Monahan, A. J., Carvey, P. M., Hendey, B. Blood-brain barrier pathology in Alzheimer’s and Parkinson’s disease: implications for drug therapy. Cell transplantation. 16 (3), 285-299 (2007).
  68. Gumbleton, M., Audus, K. L. Progress and limitations in the use of in vitro cell cultures to serve as a permeability screen for the blood-brain barrier. Journal of Pharmaceutical Sciences. 90 (11), 1681-1698 (2001).
  69. Franke, H., Galla, H., Beuckmann, C. T. Primary cultures of brain microvessel endothelial cells: a valid and flexible model to study drug transport through the blood-brain barrier in vitro. Brain research. Brain research protocols. 5 (3), 248-256 (2000).
  70. Schulze, C., Smales, C., Rubin, L. L., Staddon, J. M. Lysophosphatidic acid increases tight junction permeability in cultured brain endothelial cells. Journal of neurochemistry. 68 (3), 991-1000 (1997).
  71. Cohen-Kashi-Malina, K., Cooper, I., Teichberg, V. I. Mechanisms of glutamate efflux at the blood-brain barrier: involvement of glial cells. Journal of cerebral blood flow and metabolism: official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 32 (1), 177-189 (2012).
  72. Abbott, N. J., Hughes, C. C., Revest, P. A., Greenwood, J. Development and characterisation of a rat brain capillary endothelial culture: towards an in vitro blood-brain barrier. Journal of cell science. , 23-37 (1992).
  73. Parkinson, F. E., Hacking, C. Pericyte abundance affects sucrose permeability in cultures of rat brain microvascular endothelial cells. Brain Research. 1049 (1), 8-14 (2005).
  74. Perrière, N., et al. Puromycin-based purification of rat brain capillary endothelial cell cultures. Effect on the expression of blood-brain barrier-specific properties. Journal of Neurochemistry. 93 (2), 279-289 (2005).
  75. Dobrogowska, D. H., Lossinsky, A. S., Tarnawski, M., Vorbrodt, A. W. Increased blood-brain barrier permeability and endothelial abnormalities induced by vascular endothelial growth factor. Journal of neurocytology. 27 (3), 163-173 (1998).
  76. Harhaj, N. S., Barber, A. J., Antonetti, D. A. Platelet-derived growth factor mediates tight junction redistribution and increases permeability in MDCK cells. Journal of Cellular Physiology. 193 (3), 349-364 (2002).
  77. Wang, W., Merrill, M. J., Borchardt, R. T. Vascular endothelial growth factor affects permeability of brain microvessel endothelial cells in vitro. The American journal of physiology. 271 (6 Pt 1), C1973-C1980 (1996).
  78. Tilling, T., Korte, D., Hoheisel, D., Galla, H. J. Basement membrane proteins influence brain capillary endothelial barrier function in vitro. Journal of neurochemistry. 71 (3), 1151-1157 (1998).
  79. Perrière, N., et al. A functional in vitro model of rat blood-brain barrier for molecular analysis of efflux transporters. Brain Research. 1150, 1-13 (2007).
  80. Calabria, A. R., Shusta, E. V. A genomic comparison of in vivo and in vitro brain microvascular endothelial cells. Journal of cerebral blood flow and metabolism: official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 28 (1), 135-148 (2008).
  81. Abbott, N. J., Dolman, D. E. M., Drndarski, S., Fredriksson, S. M. An Improved In Vitro Blood-Brain Barrier Model: Rat Brain Endothelial Cells Co-cultured with Astrocytes. Methods in molecular biology. 814, 415-430 (2012).
  82. Boveri, M., et al. Induction of blood-brain barrier properties in cultured brain capillary endothelial cells: comparison between primary glial cells and C6 cell line. Glia. 51 (3), 187-198 (2005).
  83. Culot, M., et al. An in vitro blood-brain barrier model for high throughput (HTS) toxicological screening. Toxicology in Vitro. 22 (3), 799-811 (2008).
  84. Aigner, B., et al. Transgenic pigs as models for translational biomedical research. Journal of Molecular Medicine. 88 (7), 653-664 (2010).
  85. Naik, P., Cucullo, L. In Vitro Blood-Brain Barrier Models: Current and Perspective Technologies. J Pharmaceutical Sciences. 101 (4), 1337-1354 (2012).
  86. Cucullo, L., Hossain, M., Puvenna, V., Marchi, N., Janigro, D. The role of shear stress in Blood-Brain Barrier endothelial physiology. BMC Neuroscience. 12 (1), 40 (2011).
  87. Neuhaus, W., Lauer, R., Oelzant, S., Fringeli, U. P., Ecker, G. F., Noe, C. R. A novel flow based hollow-fiber blood-brain barrier in vitro model with immortalised cell line PBMEC/C1-2. Journal of biotechnology. 125 (1), 127-141 (2006).
  88. Griep, L. M., et al. BBB ON CHIP: microfluidic platform to mechanically and biochemically modulate blood-brain barrier function. Biomedical Microdevices. 15 (1), 145-150 (2013).
  89. Prabhakarpandian, B., et al. SyM-BBB: a microfluidic blood brain barrier model. Lab on a Chip. 13 (6), 1093 (2013).
  90. Walter, F. R., et al. A versatile lab-on-a-chip tool for modeling biological barriers. Sensors and Actuators B: Chemical. 222, 1209-1219 (2016).

Tags

Blood-brain BarrierPorcine Brain Endothelial CellsIn Vitro ModelPrimary Cell IsolationCapillary IsolationCell DigestionCell CultureTEERPermeability
check_url/56277?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Nielsen, S. S. E., Siupka, P., Georgian, A., Preston, J. E., Tóth, A. E., Yusof, S. R., Abbott, N. J., Nielsen, M. S. Improved Method for the Establishment of an In Vitro Blood-Brain Barrier Model Based on Porcine Brain Endothelial Cells. J. Vis. Exp. (127), e56277, doi:10.3791/56277 (2017).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image