血腦屏障與生物多細胞動態串聯灌注評估剪切應力的影響及藥物滲透特性

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。 
  二、北京基爾比生物公司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。   


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為最優流量，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： 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。 



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 


五、研究意義 
本研究首次將北京基爾比生物科技公司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，填補了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。