Enregistrement de l’intégrité fonctionnelle de la barrière sur les cellules endothéliales vasculaires bEnd.3 via la détection de résistance électrique transendothéliale

La BHE est une interface biologique unique entre la circulation sanguine et le tissu nerveux, qui est composée de cellules endothéliales vasculaires, de péricytes, d’astrocytes, de neurones et d’autres structures cellulaires¹. Le flux d’ions, de produits chimiques et de cellules entre le sang et le cerveau est strictement régulé par cette barrière. Cette homéostasie protège les tissus nerveux contre les toxines et les agents pathogènes tout en permettant le bon fonctionnement des nerfs du cerveau ^2,3. Le maintien de l’intégrité de la BHE peut prévenir efficacement le développement et la progression de troubles affectant le système nerveux central, tels que le dysfonctionnement neuronal, l’œdème et la neuroinflammation⁴. Cependant, les propriétés physiologiques uniques de la BHE empêchent plus de 98 % des médicaments à petites molécules et 100 % des produits pharmaceutiques macromoléculaires de pénétrer dans le système nerveux central⁵. Par conséquent, il est essentiel d’augmenter la pénétration des médicaments à travers la BHE pendant le développement des médicaments pour le système nerveux central afin d’atteindre l’efficacité thérapeutique ^6,7. Même si le criblage des substrats par simulation informatique a considérablement augmenté la probabilité que les candidats-médicaments franchissent la BHE, des modèles de BHE in vitro/in vivo fiables et abordables sont encore nécessaires pour répondre aux besoins de la recherche scientifique⁸.

Une technique rapide et abordable pour le criblage de médicaments à haut débit est le modèle⁹ in vitro. Pour faire la lumière sur les processus fondamentaux des effets des médicaments sur la fonction de la BHE et leur rôle dans le développement et la progression de la maladie, une série de modèles de BHE in vitro simplifiés a été créée. À l’heure actuelle, les modèles de BHE in vitro courants sont les modèles monocouches, de coculture, dynamiques et microfluidiques 10,11,12, construits par des cellules endothéliales vasculaires et des astrocytes, des péricytes ou des microglies ^13,14. Bien que les cultures cellulaires 3D soient plus conformes à la structure physiologique de la BHE¹⁵, leur application en tant que moyen de criblage de médicaments pour la BHE est encore limitée par leur conception complexe et leur reproductibilité médiocre. En revanche, le modèle in vitro monocouche est celui qui est le plus fréquemment utilisé pour la recherche sur la BHE et est applicable pour déterminer l’expression des transporteurs membranaires et des protéines à jonction serrée dans des cellules particulières.

La mesure de la résistance électrique transmembranaire (TEER) est une technique permettant d’évaluer et de surveiller la couche de cellules à travers la résistance et d’évaluer l’intégrité cellulaire et la perméabilité de la barrière. En insérant simultanément deux électrodes dans le milieu de culture ou la solution tampon de part et d’autre de la monocouche, il est possible de mesurer le courant alternatif ou l’impédance électrique à travers la couche compacte de la cellule^16,17. Afin de déterminer si le modèle de la BHE in vitro a été correctement créé, la mesure de l’ETER sera généralement utilisée comme étalon-or¹⁸. D’autre part, la tendance de l’action des médicaments sur la perméabilité de la BHE peut être prédite avec précision en mesurant le changement de résistance électrique de la couche cellulaire après l’implication du médicament¹⁹. Par exemple, Feng et al. ont découvert que le catalpol (le principal monomère actif de rehmanniae) pouvait effectivement inverser la régulation négative induite par les lipopolysaccharides des protéines à jonction serrée dans la BHE et augmenter la valeur TEER de la couche²⁰ de cellules endothéliales du cerveau de souris.

La réponse neuro-inflammatoire est généralement la principale cause du déséquilibre de l’homéostasie de la BHE²¹. Le traitement hypoxique pour induire des lésions neuro-inflammatoires est la principale méthode pour détruire la barrière hémato-encéphalique, comprenant principalement des méthodes physiques et des méthodes de réactifs chimiques. Le premier utilise principalement un incubateur à trois gaz pour faire varier la teneur en oxygène dans l’environnement de croissance cellulaire afin de simuler des conditions hypoxiques²², tandis que le second est obtenu en introduisant artificiellement des réactifs désoxy tels que CoCl₂ dans le milieu de culture cellulaire²³. Les cellules resteront dans un état désoxygéné si le Fe²⁺ est substitué au Co²⁺ dans l’hème. Si le Fe²⁺ est substitué au Co²⁺ dans le groupe catalytique, l’activité de la proline hydroxylase et de l’aspartate hydroxylase sera inhibée, ce qui entraînera une accumulation de facteur 1α inductible par l’hypoxie (HIF-1α)²⁴. En cas d’hypoxie persistante, la déphosphorylation de HIF-1α dans le cytoplasme déclenche la mort cellulaire et active le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire, ce qui augmente finalement la perméabilité vasculaire. Dans des études antérieures^25,26, il a été bien démontré que l’hypoxie peut réduire considérablement l’expression des protéines de jonction serrée endothéliale pour augmenter la perméabilité de la BHE. Dans cette étude, la courbe de résistance temporelle des cellules bEnd.3 ensemencées dans des plaques à 24 puits a été mesurée afin de créer un modèle BHE simple. À l’aide de ce modèle, nous avons caractérisé les changements dans le TEER cellulaire après l’intervention de CoCl₂ afin de construire un modèle cellulaire qui peut être utilisé pour cribler les médicaments pour la protection contre la BHE.