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血腦屏障BBB模型與北京基爾比生物Kirkstall Quasi Vivo 動態串聯灌注

來源:北京基爾比生物科技有限公司   2025年06月17日 21:42  


一、研究背景與目的


1. 血腦屏障的重要性  
血腦屏障(BBB)是中樞神經系統(CNS)的關鍵保護屏障,通過緊密連接蛋白、主動轉運蛋白和酶代謝過程限制藥物滲透,是CNS疾病藥物開發的主要障礙。
2. 現有體外模型的局限性    
- 多數模型(如hCMEC/D3細胞、嚙齒類原代內皮細胞)的跨內皮電阻(TEER)低(140–300 Ω·cm2),BBB表型不足。    
- 干細胞來源模型雖TEER高(3000–4000 Ω·cm2),但培養成本高、操作復雜。    
- 靜態培養缺乏生理剪切應力,難以模擬體內BBB的力學環境。
血腦屏障BBB模型與北京基爾比生物Kirkstall Quasi Vivo 動態串聯灌注
3. 研究目標
阿斯頓大學藥學院Basma Elbakary et al.利用Kirkstall Quasi Vivo 動態灌注系統,構建基于豬腦微血管內皮細胞(PBMEC)的高TEER體外BBB模型,評估剪切應力對屏障功能的影響及藥物滲透特性。  
二、Kirkstall Quasi Vivo 動態灌注系統的功能與應用
1. 系統設計與工作原理    
包含串聯chambers、培養基 reservoir、微流泵等,通過調節流量(275–550 µL/min)模擬生理剪切應力(4–30 dyne/cm2),促進細胞接觸流體力學刺激。  
血腦屏障BBB模型與北京基爾比生物Kirkstall Quasi Vivo 動態串聯灌注
2. 在BBB模型中的具體應用      
2.1 優化剪切應力條件:通過低流量(275 µL/min)和高流量(550 µL/min)測試,確定550 µL/min為流量,可促進PBMEC緊密連接蛋白ZO-1的定位與表達。    
2.2 維持高TEER值:動態灌注下,PBMEC單層的TEER值顯著高于靜態培養;第4天TEER達35.7 Ω·cm2(靜態為21 Ω·cm2),并維持至第7天。 加入緊密連接誘導劑后,動態組TEER峰值達448.1 Ω·cm2(靜態為306.3 Ω·cm2)。    
2.3 調控細胞形態與功能: 剪切應力誘導PBMEC沿血流方向重排,ZO-1蛋白在細胞間連接區的熒光強度增加1.52倍(48小時后),緊密連接“solidity”提高1.21倍。  細胞 viability 未受剪切應力抑制,高流量組(550 µL/min)培養4天后 viability 顯著提升28.2%。    
2.4 評估藥物滲透特性:以抗腫瘤藥物米托蒽醌(Mitoxantrone)為例:
血腦屏障BBB模型與北京基爾比生物Kirkstall Quasi Vivo 動態串聯灌注
血腦屏障BBB模型與北京基爾比生物Kirkstall Quasi Vivo 動態串聯灌注
三、研究結果與結論
1. 核心發現      
Kirkstall Quasi Vivo系統通過動態灌注施加剪切應力,可顯著改善PBMEC的BBB表型,包括緊密連接形成、TEER維持和藥物外排功能。該模型無需共培養星形膠質細胞,僅通過PBMEC與星形膠質細胞條件培養基(ACM)即可構建高TEER屏障(448.1 Ω·cm2),優于多數現有模型。 米托蒽醌滲透實驗證實,動態灌注下BBB的藥物限制能力增強,更接近體內生理狀態。
血腦屏障BBB模型與北京基爾比生物Kirkstall Quasi Vivo 動態串聯灌注
2. 藥物開發應用價值    
Kirkstall Quasi Vivo-PBMEC模型可用于評估CNS藥物的滲透潛力和細胞毒性,為新藥篩選提供更可靠的體外工具。 操作簡便,適合高通量研究。 該模型可進一步擴展至多細胞共培養(如周細胞、星形膠質細胞),或結合3D培養技術,更全面模擬體內BBB的復雜微環境。  
四、關鍵數據對比
血腦屏障BBB模型與北京基爾比生物Kirkstall Quasi Vivo 動態串聯灌注

五、研究意義
本研究將Kirkstall Quasi Vivo系統與PBMEC結合,構建了可重復、高TEER的體外BBB模型,為解決中樞神經系統藥物遞送難題提供了新的技術路徑。Kirkstall Quasi Vivo系統通過模擬生理剪切應力,靜態模型的力學環境缺失,為BBB的生理功能研究和藥物開發提供了更貼近體內環境的實驗平臺。



附:北京基爾比生物科技公司全面負責Kirkstall Quasi Vivo系統在中國銷售和技術服務。

公司主營產品:

Kilby 3D-clinostat 旋轉細胞培養儀,

Kilby Gravity 微/超重力三維細胞培養系統,

3D回轉重力環境模擬系統,隨機定位儀,

類器官芯片搖擺灌注儀,

Kirkstall 類器官串聯芯片灌流仿生構建系統




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