Добросовестный привратник стоит между мозгом и кровеносной системой, чтобы в хорошие и держаться подальше от плохого, но этот носильщик, называемый гематоэнцефалический барьер, блокирует испытание лекарств для лечения таких болезней, как болезнь Альцгеймера или рак от попадания в мозг.
Теперь команда во главе с исследователями из Технологического института Джорджии разработали способ изучения барьера более тесно с намерением помочь разработчиков препарата сделать то же самое. В новом исследовании ученые культивировали человеческий гематоэнцефалического барьера на микросхеме, воссоздавая его физиологии более реалистично, чем чипсы предшественника.
Новый чип разработан здоровой окружающей среды для центральной составляющей барьера, клеток мозга, называемых астроциты, который является не нейрон, но который действует как ходатаев нейронов с сердечно-сосудистой системой. Астроциты интерфейс в человеческий мозг клетки в сосудах называются эндотелиальными клетками, чтобы сотрудничать с ними, как барьер кров-мозга.
Но астроциты являются особенно суетливым партнера, что делает их прекрасной составной частью системы привратник, но и сложные для культуры в физиологически точном порядке. Новый чип обслуживали чувствительность астроцитов путем культивирования в 3D, а не в плоской форме, или 2D.
3D-пространстве позволило астроциты действовать более естественно, и это улучшило весь барьер модель также позволяет культивируемых эндотелиальных клеток функционировать лучше. Новый чип представила исследователей с более здоровыми, гематоэнцефалический барьер функции, чтобы наблюдать, чем в предыдущие барьер модели.
‘Астро’ в астроциты
«Вы должны быть в состоянии имитировать ткани на микросхеме в здоровом состоянии и в гомеостазе. Если мы не можем смоделировать работоспособном состоянии, мы не можем действительно модель заболевания, т. к. у нас нет точного контроля, чтобы измерить его против», — сказал YongTae Ким, адъюнкт-профессор Технологического института Джорджии Джордж У. Вудрафф факультета инженерной механики и главный исследователь исследования.
В новый чип, астроциты даже выглядят более естественно в 3D-пространстве, разворачивается звезда-образную форму, что дает им их «Астро» имя. В 2D культур, напротив, астроциты выглядел как яичница с бахромой. С этой 3D настройка, чип добавил возможности для надежных исследований человеческого гематоэнцефалический барьер, где в настоящее время альтернатив мало.
«Нет животной модели подходит достаточно близко к сложные функции человеческого гематоэнцефалический барьер. И нам нужны лучшие человеческие модели, потому что экспериментальные препараты, которые успешно вошел животных мозги не на человеческий барьер», — сказал Ким.
Команда опубликовала свои результаты по 10 января 2020 года, в журнале Nature Сommunications. Исследование финансировалось Национальными институтами здоровья. Ким основана компания планирует массовое производство нового чипа в будущем для использования в научных и потенциально фармацевтических исследований.
Привередливый, властная астроцитов
Мозг-единственная часть тела снабжена астроцитов, которые регулируют потребление пищи и удаления отходов в своем собственном, уникальном пути.
«По требованию мозга, астроциты взаимодействуют с сосудистой системой, в режиме реального времени, что мозг нужен и открывает ворота, чтобы впустить только ту часть воды и питательных веществ. Астроциты пойти, чтобы получить только то, что мозг нужен и не давайте больше ничего», — сказал Ким.
Астроциты образуют структуру белка аквапорина-4, имеющие на своих мембранах, которые находятся в контакте с сосудистой системой, чтобы позволить и молекул воды, что также способствует очистки отходов от мозга.
«В предыдущие чипы, аквапорин-4 выражение не наблюдалось. Этот чип стал первым», — сказал Ким. «Это может быть важным в исследовании болезни Альцгеймера, потому что аквапорин-4 имеет важное значение для очистки раздолбанное старье белок из мозга».
Один из соавторов исследования, д-р Аллан Леви из Университета Эмори, в высоко цитируемых ученых в неврологической медицине, интересуется потенциал чипа в борьбе с болезнью Альцгеймера. Другой, доктор Тоби Макдональд, и Эмори, исследования детского рака мозга и заинтересована в возможности чипа при изучении поставки потенциальных рак мозга лечение.
Барьер действуя здоровой
Астроциты также дал признаки того, что они были здоровее в 3D культурах чип, чем в 2D культур, выразив меньше генов, вызванные патологией.
«Астроциты в 2D культуре выражена значительно более высокие уровни LCN2, чем те, в 3D. Когда мы культивировали в 3D, это было только около четверти», — сказал Ким.
Чем здоровее государства также сделал астроциты лучше показывают иммунную реакцию.
«Когда мы намеренно противостоял астроцитов с патологическим стресс в 3D-культуре, мы получили более четкую реакцию. В 2D, в основном состоянии был уже менее здоровой, а потом реакция на патологические стрессы не попадались так ясно. Эта разница могла сделать 3D культура очень интересна для исследования патологии».
Доставка наночастиц
В испытания, связанные с доставкой наркотиков, наночастицы перемещаются через гематоэнцефалический барьер после привлечения эндотелиальных клеток-рецепторов, которые вызвали эти клетки поглощают частицы затем транспортировать их к тому, что будет внутри человеческого мозга в естественной обстановке. Это часть того, как эндотелиальные клетки лучше работали при подключении к астроциты культивировали в 3D.
«Когда мы затормозили рецепторов, большинство наночастиц бы не сделать это. Такой тест не будет работать в моделях животных из-за межвидовой неточности между животными и людьми», — сказал Ким. «Это был пример того, как этот новый чип может позволить вам изучить человека гематоэнцефалического барьера для потенциальных поставок наркотиков, как вы не можете в животных моделях».