En menneskelige blod-hjerne Interface Model til at studere barriere overfarter af patogener eller lægemidler og deres interaktioner med hjernen

Hjernen er adskilt fra den systemisk cirkulationen af en ikke-gennemtrængelige struktur, der begrænser udvekslinger mellem hjernen parenkym og blodet, kaldet blod – hjerne barrieren (BBB). For det meste består af cerebral endotelceller, interagerer BBB dynamisk med astrocytter, perivascular mikroglia og neuroner i den nærliggende hjernen parenkym. De tre hovedfunktioner af BBB er oprettelse og vedligeholdelse af Ioniske homøostase for neuronal funktioner, levering af hjernen med næringsstoffer og beskyttelse fra giftige skader eller optagelse af patogener^1,2, som bidrager til vedligeholdelse af hjernen homøostase og dens funktioner³. Denne barriere er så effektiv, at kun få stoffer kan krydse BBB^4,5. I øjeblikket består de tilgængelige metoder til at forudsige, om et molekyle vil passere BBB og diffuse ind i hjernen af ex vivo undersøgelser om obduktion materiale, billede sporing i hjernen af menneskers frivillige af Mr (magnetisk resonans imaging) eller PET (position emission tomografi) eller farmakodynamik og farmakokinetiske prækliniske undersøgelser i dyr^6,7,8. Disse teknikker og modeller har nogle begrænsninger, såsom begrænset løsning af PET og Mr^6,8, er vanskeligheden at kvantificere molekyler (dvs. antistof baseret molekyler for eksempel) så dårligt lav følsomhed trænge ind i hjernen⁷, og for de prækliniske undersøgelser deres høje omkostninger og resort i dyreforsøg.

Det sidste punkt er vigtigt, fordi ifølge 3R’s regler, (, og erstatning af dyreforsøg) de regulerende myndigheder har anmodet om, at forskerne hurtigst muligt udvikle videnskabeligt nøjagtig alternativ til dyr eksperimenter^{9,10,11,12,13,14,15}.

I de sidste årtier, flere in vitro-modeller af BBB er blevet foreslået^16,17,18 ved at dyrke på filter membran indsætter endotelceller fra forskellige arter såsom mus, rotte, kvæg og svin. Hvad angår den menneskelige art, bedt den knappe og vanskelige tilgængelighed af primærelementer forskere til at udvikle menneskelige modeller baseret på udødeliggjort hjernen endotelceller eller menneske-afledte stamceller^{19,20, 21}. Disse hindringer er ordentlig in vitro-surrogater af BBB, forudsat at de udtrykker endotel celle markører, tight junction markører, efflux transportvirksomheder, opløste luftfartsselskaber, receptorer, og reagere på i endothelial stimuli ²⁰. Et par BBB modeller bruger filter membran skær belagt med endotelceller og andre celletyper (dvs, astrocytter, neuroner eller pericytes^22,23,24) blev analyseret. Målet med disse Co kulturer var at øge BBB fysiske egenskaber ved at drage fordel af udskillelsen af opløselige faktorer af astrocytter/neuroner eller pericytes.

Dog omfatter ingen af disse modeller hjernen parenkym for at studere og forudsige skæbnen af en lægemiddelkandidat, når det har bestået dæmningen. Derfor vores mål var at bygge en i cellulo blod/hjerne interface, BBB-Minibrain, ved at kombinere en BBB model og en kultur af blandet hjerneceller i et enkelt kit. BBB-Minibrain bruger en kultur system bestående af en porøs filter indsat i en brønd i en multiwell celle kultur plade. Filteret er belagt med hCMEC/D3 celler, en menneskehjerne endotel cellelinie, der har vist sig meget pålidelig for BBB drug test^25,26,27, til at danne BBB. Minibrain, som er en co differentieret kultur menneskelige neuroner og astrocytter stammer fra NTera/Cl2.D1 celle linje^28,29 blandet sammen med menneskelig microglial cellelinje CHME/Cl5³⁰ i forhold svarende til den mikroglia vs neuron-astrocytter nøgletal af hjernen³¹, er dyrket i bunden af pladen godt.

Udover at studere passage af lægemidler på tværs af BBB og deres skæbne i parenkym, kunne blod-hjerne-interface i cellulo model være et effektivt redskab til optagelse af patogener i hjernen (neuroinvasiveness), spredning til hjernen (neurotropisme) og toksicitet (neurovirulence) de kan udøve på hjernen parenkym celler. Neurovirulence og neuroinvasiveness undersøgelser ville drage fordel af udviklingen af en effektiv i cellulo model og være fordelagtigt at erstatte dyremodeller. Ved hjælp af BBB-Minibrain kit³², vi viste neuroinvasive Fænotypen af sjældne viral mutanter, der opsamlet i den franske Neurotropic virusstamme af gul feber Virus (dvs., FNV-YFV^33,34) anvendes til at udarbejde en Udgåede levende YFV vaccine og passage af en neuroregenerative og neuroprotektive biomolekyle kaldet Neurovita (omtalt som NV fremover i håndskriftet)³⁵. Fordi NV hverken naturligvis krydser cellemembranen eller BBB, NV var sammenvokset med den variable del (VHH) i en enkelt kæde antistof af Lama, der krydser de biologiske membraner, herunder BBB og fungerer som en celle gennemtrængende molekyle (CPM)³⁶. Egenskaben CPM i VHH synes at afhænge af det isoelektriske punkt og længden af VHH³⁷.

Dette i cellulo test bør gøre det muligt at sortere de molekyler, der potentielt kunne krydse BBB før udførelsen farmakokinetiske og farmakodynamik analyse i dyr, og ideelt set i samme tid at være i stand til at forudsige deres adfærd i de nervøse parenkym. Dette system er biologisk relevante og nemt at oprette og håndtere af professionelle veluddannede i celle kultur^26,29,30,38. Sådan interesse i cellulo test ville være dobbelt: at reducere udgifter til prækliniske undersøgelser på den ene side og reducere brugen af dyreforsøg på anden side.