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

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。