血脑屏障研究新突破！Nat. Med等力证细胞跨膜电阻仪检测BBB的TEER值检测已成“金标准”
发布日期：2025-01-09
在生物医学研究的前沿探索中，血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）的特性研究一直是难点和热点。BBB特有的解剖和功能特性使其能够精确控制神经微环境的组成，保护大脑免受有害物质侵害，但同时也阻碍了大多数药物进入中枢神经系统，给神经疾病的药物治疗带来了挑战。近期，德国NanoAnalytics公司研发推出的cellZscope全自动细胞跨膜电阻测量仪（即实时无标记细胞动态分析仪）在BBB研究中发挥了重要作用，特别是在检测跨膜电阻（TEER）值方面，展现了超卓的性能。本文将分享3篇使用cellZscope检测血脑屏障TEER值的经典文章。
1. Nature Medicine： TREK1 钾通道对 BBB 通透性影响研究
发表于Nature Medicine（IF：58.7/Q1）的论文“Endothelial TWIK-related potassium channel-1 (TREK1) regulates immune-cell trafficking into the CNS”中，研究人员采用小鼠脑微血管内皮细胞（MBMECs）和人脑微血管内皮细胞（HBMECs）进行培养，构建BBB的体外模型。本文使用cellZscope对内皮细胞单层的TEER进行长时间监测，并考量了炎症条件（如使用IFN-γ和TNF-α处理）对TEER的影响。
结果表明，在正常条件下，MBMECs和HBMECs形成的单层具有较高的TER值，意味着BBB的完整性良好。当细胞受到炎症因子刺激时，TER值下降，反映出BBB通透性的增加。通过比较野生型（WT）和Kcnk2敲除（Kcnk2−/−）小鼠的MBMECs在炎症条件下的TER变化，进一步揭示了TREK1钾通道对BBB通透性的调控作用。
2. Autophagy：自噬对缺氧诱导的BBB损伤影响
广东医科大学附属医院、广东省医学斑马鱼发育与疾病模型重点实验室发表于Autophagy上的文章“Autophagy Alleviates Hypoxia-Induced Blood-Brain Barrier Injury via Regulation of CLDN5 (Claudin 5)”，主要探讨了自噬在缺氧诱导的血脑屏障（Blood-Brain Barrier，BBB）损伤中的作用，特别是其通过调节紧密连接蛋白CLDN5（Claudin 5）来维护BBB完整性的机制。研究结果显示，在卒中患者的脑微血管内皮细胞（Brain Microvascular Endothelial Cells，BMECs）中，CLDN5异常聚集在胞质中，并伴有自噬的激活。进一步的研究表明，自噬通过调节CLDN5的重新分布来保护BBB的完整性，这为BBB障碍相关的脑血管疾病提供了潜在的治疗策略。
在该研究中，TEER（跨内皮电阻）被用作评估bEnd.3细胞（一种脑微血管内皮细胞系）形成的单层屏障功能的指标。研究发现，在CoCl2诱导的缺氧条件下，TEER值降低，bEnd.3细胞单层的屏障功能受损。
进一步探究自噬的作用时发现，使用3-MA（一种自噬抑制剂）阻断自噬后，TEER值进一步下降，表明自噬的缺失加剧了缺氧对BBB功能的损害；而使用Rapa（自噬增强剂）增强自噬后，能够部分逆转TEER的下降，表明自噬的激活有助于维持BBB的功能。
3. PNAS：cARLA 对 BBB 屏障紧密性的影响
PNAS期刊的热门文章“Synergistic induction of blood-brain barrier properties”在针对血脑屏障（BBB）的研究中证实，高精度和可靠性强的cellzscope已经成为了该领域的金标准。该文章通过cellzscope等技术深入探究了BBB的复杂特性，成功诱导并培养出具有BBB特性的脑血管内皮细胞，充分展现了cellzscope在推动BBB研究发展中的关键能力，进一步验证了其在该研究不可或缺的核心地位。
该团队引入一种小分子鸡尾酒——cARLA以协同增强BBB的屏障紧密性。cARLA能够同时激活环磷酸腺苷（cAMP）与Wnt/β-catenin的信号通路，并抑制转化生长因子-β（TGF-β）通路，在多种BBB模型中显著提高了屏障紧密性。研究人员利用cellZscope实时监测了cARLA处理后BBB模型的TEER值变化，验证了cARLA的协同增强效果。
为了测量屏障完整性，研究者使用了TEER（跨内皮电阻）以及通透性测量等方法。尤其是在探究cARLA（一种分子组合）对屏障紧密度的影响时，指出在cARLA处理的细胞中，TEER值有所上升，表明cARLA能够增强屏障的完整性。
本研究还利用cellZscope仪器自动测量了类脑内皮细胞在处理cARLA或其组分后的跨内皮电阻（TEER）。对于LiCl和A83-01两种化合物，仅进行了管腔侧（luminal）和管周侧（abluminal）的处理。而cAMP+Ro化合物则始终通过管腔侧给予。
通过cellZscope的精确测量，研究人员发现cARLA不仅增加了紧密连接蛋白claudin-5的表达，还促进了其在细胞间连接的定位和稳定。这些发现为BBB的功能研究和药物开发提供了新的思路和工具。结合cARLA等小分子鸡尾酒的应用，cellZscope将进一步推动BBB研究和药物开发的进展，为神经疾病的治疗带来新的希望。
cellZscope简介
cellZscope是一款由电脑控制的全自动、长时间实时监测细胞层生理学参数的仪器。它能够实时输出TEER等重要指标，并支持一次监测多个样品（6/24/48/72/96个）。这款仪器特别适用于细胞屏障（如消化道、呼吸道、血脑屏障）特性、药物转运、纳米药物研发、中枢神经系统疾病、肿瘤等领域的研究。其不干扰细胞正常生长环境的特点，确保了测量数值的真实性；而超长时间全自动实时分析的功能，则提供了更加完整的数据。
cellZscope在血脑屏障（BBB）研究中的重要作用
1. 实时监测TEER值，评估BBB功能
在BBB研究中，cellZscope能够实时监测BBB的跨膜阻抗值（TEER），TEER是衡量BBB功能紧密连接的重要参数。通过TEER的变化，研究人员可以直观地了解BBB的通透性和屏障功能的强弱。这对于研究BBB在疾病状态下的变化、药物对BBB的影响以及BBB在药物转运中的作用具有重要意义。
2. 提供电容值（Ccl）等参数，助力BBB生理病理过程研究
cellZscope还能够提供电容值（Ccl）等参数，这些参数能够反映细胞层的融合度和分化度等状态。通过Ccl等参数的变化，研究人员可以更深入地了解BBB的形成、分化和极化过程，以及细胞间紧密连接的形成和调控机制，有助于探究BBB的生理和病理过程。
3. 高度自动化和兼容性，提升实验效率
cellZscope具有高度的自动化和兼容性，能够兼容BD、Biosciences、Corning、Greiner、Bio-One、Millipore和Nunc等各种品牌的细胞培养皿。这使得研究人员能够在标准的细胞培养箱中使用cellZscope进行实时监测，大大提高了实验的效率和准确性。同时，cellZscope还提供了客户端软件，可以预设时间间隔获取数据、实时监测结果，并对每个孔进行独立的输入描述和记录注释，使得实验数据的管理和分析更加便捷。
综上所述，cellZscope在BBB研究中发挥着至关重要的作用。它为研究人员提供了直观、准确的实验数据。其高度自动化和兼容性也使得实验过程更加高效、便捷。随着BBB研究的不断深入和cellZscope技术的不断发展，相信cellZscope将在BBB研究中发挥越来越重要的作用，为神经疾病的药物研发和治疗提供有力支持。同时，cellZscope已助力用户在众多期刊中发表多篇学术论文，也表明其在科研合作和学术交流中具有重要地位，将促进不同研究团队之间的合作与交流，共同推动BBB研究的深入发展。
使用cellZscope检测BBB的TEER值的相关文章：
[1]. TGF-Beta Modulates the Integrity of the Blood Brain Barrier In Vitro, and Is Associated with Metabolic Alterations in Pericytes. L. Schumacher, R. Slimani, L. Zizmare, J. Ehlers, F. Kleine Borgmann, J. C. Fitzgerald, P. Fallier-Becker, A. Beckmann, A. Grißmer, C. Meier, A. El-Ayoubi, K. Devraj, M. Mittelbronn, Ch. Trautwein, U. Naumann, Biomedicines 11, 214 (2023). → doi: 10.3390/biomedicines11010214
[2]. Synergistic induction of blood-brain barrier properties. G. Porkoláb, M. Mészáros, A. Szecskó, J. P. Vigh, F. R. Walter, R. Figueiredo, I. Kálomista, G. Vizsnyiczai, J.-S. Jan, F. Gosselet, M. Vastag, N. Hudson, M. Campbell, S. Veszelka, M. A. Deli. bioRxiv -, - (2023). → doi: 10.1101/2023.02.09.527899
[3]. Plasma of COVID-19 patients does not alter electrical resistance of human endothelial blood-brain barrier in vitro. A. Pociute, K. Kriauciunaite, A. Kaušyle, B. Zablockiene, T. Alcauskas, A. Jelinskaite, A. Rudenaite, L. Jancoriene, S. Rocka, A. Verkhratsky, A. Pivoriunas. bioRxiv -, - (2023). → doi: 10.1101/2023.09.28.559927
[4]. Compromised Blood-Brain Barrier Junctions Enhance Melanoma Cell Intercalation and Extravasation. F. Saltarin, A. Wegmüller, L. Bejarano, E. S. Ildiz, P. Zwicky, A. Vianin, F. Spadin, K. Soukup, V. Wischnewski, B. Engelhardt, U. Deutsch, I. J. Marques, M. Frenz, J. A. Joyce, R. Lyck. Cancers 15, 5071 (2023). → doi: 10.3390/cancers15205071
[5]. A Perfused In Vitro Human iPSC-Derived Blood–Brain Barrier Faithfully Mimics Transferrin Receptor-Mediated Transcytosis of Therapeutic Antibodies. F. Burgio, C. Gaiser, K. Brady, V. Gatta, R. Class, R. Schrage, L. Suter-Dick. Cell. Mol. Neurobiol. tba, tba (2023). → doi: 10.1007/s10571-023-01404-x
[6]. Mouse embryonic stem cell-derived blood-brain barrier model: applicability to studying antibody triggered receptor mediated transcytosis. A. Jezierski, J. Huang, A. S. Haqqani, J. Haukenfrers, Z. Liu, E. Baumann, C. Sodja, C. Charlebois, C. E. Delaney, A. T. Star, Q. Liu, D. B. Stanimirovic. Fluids Barriers CNS 20, 36 (2023). → doi: 10.1186/s12987-023-00437-0
[7]. Measuring Changes in Brain Endothelial Barrier Integrity with Two Impedance-based Biosensors in Response to Cancer Cells and Cytokines. A. Anchan, J. J. W. Hucklesby, E. S. Graham, C. E. Angel. J. Vis. Exp. 199, e65959 (2023). → doi: 10.3791/65959
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