רישום תקינות תפקודית של מחסום ב-bend.3 תאי אנדותל וסקולריים באמצעות זיהוי התנגדות חשמלית טרנסאנדותל

BBB הוא ממשק ביולוגי ייחודי בין מחזור הדם לרקמת העצב, המורכב מתאי אנדותל וסקולריים, פריציטים, אסטרוציטים, נוירונים ומבנים תאיים אחרים¹. זרימת היונים, הכימיקלים והתאים בין הדם למוח מווסתת בקפדנות על ידי מחסום זה. הומאוסטזיס זה מגן על רקמות העצבים מפני רעלים ופתוגנים תוך שהוא מאפשר פעולה מתאימה של עצבי המוח ^2,3. שמירה על שלמות BBB יכולה למנוע ביעילות התפתחות והתקדמות של הפרעות המשפיעות על מערכת העצבים המרכזית, כגון תפקוד עצבי, בצקת ודלקת עצבית⁴. עם זאת, התכונות הפיזיולוגיות הייחודיות של BBB מונעות מיותר מ-98% מהתרופות במולקולות קטנות ומ-100% מהתרופות המקרומולקולאריות להיכנס למערכת העצבים המרכזית⁵. לכן, הגברת החדירה של תרופות דרך BBB במהלך פיתוח תרופות למערכת העצבים המרכזית חיונית להשגת יעילות טיפולית ^6,7. אף על פי שסימולציה ממוחשבת של מצעים העלתה באופן משמעותי את ההסתברות של מועמדים לתרופות לחצות את מחסום הדם-מוח, עדיין נדרשים מודלים אמינים ובמחיר סביר של BBB in vitro/in vivo כדי לענות על צרכי המחקר המדעי⁸.

טכניקה מהירה ומשתלמת לבדיקת תרופות בתפוקה גבוהה היא מודל 9 במבחנה. כדי לשפוך אור על התהליכים הבסיסיים של השפעות התרופות על תפקוד BBB וחלקם בהתפתחות והתקדמות המחלה, נוצרה סדרה של מודלים פשוטים של BBB במבחנה. כיום, המודלים הנפוצים של BBB במבחנה הם מודלים חד-שכבתיים, תרבית משותפת, דינמיים ומיקרופלואידים 10,11,12, שנבנו על ידי תאי אנדותל וסקולריים ואסטרוציטים, פריציטים או מיקרוגליה ^13,14. למרות שתרביות תאים תלת-ממדיות תואמות יותר את המבנה הפיזיולוגי של BBB¹⁵, היישום שלהן כאמצעי לסינון תרופות עבור BBB עדיין מוגבל על ידי העיצוב המורכב שלהן ויכולת השחזור שלהן. לעומת זאת, המודל החד-שכבתי במבחנה הוא המודל הנפוץ ביותר לחקר BBB והוא ישים לקביעת הביטוי של מובילי ממברנות וחלבוני צומת הדוקים בתאים מסוימים.

מדידת התנגדות חשמלית טרנסממברנה (TEER) היא טכניקה להערכה וניטור של שכבת התאים על פני ההתנגדות והערכת שלמות התא וחדירות המחסום. על ידי החדרה בו זמנית של שתי אלקטרודות למדיום הגידול או לתמיסת החיץ משני צדי החד-שכבה, ניתן למדוד את זרם החילופין או העכבה החשמלית דרך השכבה הקומפקטית^16,17 של התא. על מנת לקבוע אם מודל BBB במבחנה נוצר כראוי, המדידה של TEER תשמש בדרך כלל כתקן זהב¹⁸. מצד שני, ניתן לחזות במדויק את מגמת הפעולה התרופתית על חדירות BBB על ידי מדידת השינוי בהתנגדות החשמלית של שכבת התא לאחר מעורבות סמים¹⁹. לדוגמה, פנג ועמיתיו גילו כי קטלפול (המונומר הפעיל העיקרי של rehmanniae) יכול להפוך ביעילות את הוויסות כלפי מטה המושרה על ידי ליפופוליסכריד של חלבוני צומת הדוקים ב- BBB ולהעלות את ערך TEER של שכבת תאי אנדותל במוח העכבר²⁰.

התגובה הנוירו-דלקתית היא בדרך כלל הגורם העיקרי לחוסר איזון בהומאוסטזיס BBB²¹. טיפול היפוקסי לגרימת פגיעה נוירו-דלקתית הוא השיטה העיקרית להרוס את מחסום הדם-מוח, בעיקר כולל שיטות פיזיות ושיטות ריאגנטים כימיים. הראשון משתמש בעיקר באינקובטור של שלושה גזים כדי לשנות את תכולת החמצן בסביבת גידול התאים כדי לדמות תנאים היפוקסיים²², ואילו האחרון מושג על ידי החדרה מלאכותית של ריאגנטים deoxy כגון CoCl₂ למדיום תרבית התא²³. התאים יישארו במצב לא מחומצן אם Fe²⁺ יוחלף ב- Co²⁺ ב- heme. אם Fe²⁺ מוחלף ב- Co²⁺ בקבוצה הקטליטית, פעילות הידרוקסילאז פרולין והידרוקסילאז אספרטט יעוכבו, וכתוצאה מכך הצטברות של גורם השראת היפוקסיה-1α (HIF-1α)²⁴. תחת היפוקסיה מתמשכת, dephosphorylation של HIF-1α בציטופלסמה מעורר מוות התא ומפעיל גורם גדילה אנדותל כלי הדם, אשר בסופו של דבר מעלה חדירות כלי הדם. במחקרים קודמים ^25,26, הוכח היטב כי היפוקסיה יכולה להפחית באופן משמעותי את הביטוי של חלבוני צומת הדוק אנדותל כדי להגדיל את החדירות של BBB. במחקר זה נמדדה עקומת התנגדות הזמן של תאי bend.3 שנזרעו בלוחות של 24 בארות על מנת ליצור מודל BBB פשוט. באמצעות מודל זה, אפיינו את השינויים ב-TEER התא לאחר התערבות CoCl₂ על מנת לבנות מודל תאי שניתן להשתמש בו כדי לסנן תרופות להגנה מפני BBB.