Um Modelo de Cultura de Células Primárias Triplas da Barreira Hematoencefálica Humana para o Estudo do Acidente Vascular Cerebral Isquêmico In Vitro

O AVC é uma das principais causas de morte e incapacidade a longo prazo em todo o mundo¹. A incidência de AVC aumenta rapidamente com a idade, dobrando a cada 10 anos após os 55 anos². O acidente vascular cerebral isquêmico ocorre como resultado da ruptura do fluxo sanguíneo cerebral devido a eventos trombóticos e embólicos, que abrange mais de 80% de todos os casos de AVC³. Mesmo agora, existem relativamente poucas opções de tratamento disponíveis para minimizar a morte tecidual após acidente vascular cerebral isquêmico. Os tratamentos que existem são sensíveis ao tempo e, consequentemente, nem sempre levam a bons resultados clínicos. Portanto, a pesquisa sobre mecanismos celulares complexos de acidente vascular cerebral isquêmico que afetam a recuperação pós-AVC é urgentemente necessária.

O BBB é uma interface dinâmica para a troca de moléculas entre o sangue e o parênquima cerebral. Estruturalmente, o BBB é composto por células endoteliais microvasculares cerebrais interconectadas por complexos juncionais circundados por membrana basal, pericitos e extremidades astrocíticas⁴. Pericitos e astrócitos desempenham um papel essencial na manutenção da integridade do BBB através da secreção de vários fatores necessários para a formação de junções fortes e apertadas ^5,6. A quebra do BBB é uma das características do acidente vascular cerebral isquêmico. A resposta inflamatória aguda e o estresse oxidativo associados à isquemia cerebral resultam na ruptura de complexos proteicos de junção apertada e no crosstalk desregulado entre astrócitos, pericitos e células endoteliais, o que leva ao aumento da permeabilidade de solutos paracelulares em todo o BBB⁷. A disfunção do BBB promove ainda a formação de edema cerebral e aumenta o risco de transformação hemorrágica⁸. Considerando todos os itens acima, há grande interesse em compreender as alterações moleculares e celulares que ocorrem no nível BBB durante e após o AVC isquêmico.

Embora muitos modelos de BBB in vitro tenham sido desenvolvidos nas últimas décadas e utilizados em uma variedade de estudos, nenhum deles pode se replicar totalmente em condições in vivo ⁹. Enquanto alguns modelos são baseados em monocamadas de células endoteliais cultivadas em suportes permeáveis de inserção de poço isoladamente ou em combinação com pericitos ou astrócitos, apenas estudos mais recentes introduziram desenhos de modelos de cultura de células triplas. Quase todos os modelos de BBB de cultura tripla existentes incorporam células endoteliais cerebrais primárias, juntamente com astrócitos e pericitos isolados de espécies animais ou células derivadas de células-tronco pluripotentes humanas^10,11,12,13.

Reconhecendo a necessidade de recapitular melhor o BBB humano in vitro, estabelecemos um modelo de BBB in vitro de cultura de células triplas composto por células endoteliais microvasculares do cérebro humano (HBMEC), astrócitos humanos primários (HA) e pericitos vasculares cerebrais humanos primários (HBVP). Este modelo BBB de cultura tripla é configurado em inserções de membrana de poliéster de placa de 6 poços com tamanho de poro de 0,4 μm. Essas inserções de poço fornecem um ambiente ideal para a fixação celular e permitem fácil acesso aos compartimentos apicais (sangue) e basolateral (cérebro) para amostragem média ou aplicação de compostos. As características deste modelo BBB de cultura de células triplas proposto são avaliadas medindo-se TEER e fluxo paracelular pós-OGD imitando acidente vascular cerebral isquêmico in vitro, com uma escassez de oxigênio (<1% O₂) e nutrientes (usando meio livre de glicose) alcançada usando uma câmara umidificado e selada. Além disso, as condições isquêmicas induzidas neste modelo são verificadas com precisão pela visualização direta de células hipóxicas.