作者:本·布鲁姆菲尔德，佐治亚理工学院 在芯片上新的血脑屏障中，星形胶质细胞(底部)生长更自然，功能更好
它们与上面的上皮细胞相互作用，更好的星形胶质细胞健康也有助于培养物的其他部分更好地发挥作用
学分:佐治亚理工学院/金实验室/延世大学医学院 一个谨慎的看门人站在大脑和它的循环系统之间，让好的东西进来，不让坏的东西进来，但是这个看门人，被称为血脑屏障，也阻止治疗阿尔茨海默氏症或癌症等疾病的试验药物进入大脑
现在，一个由佐治亚理工学院的研究人员领导的团队已经设计出一种方法来更仔细地研究这一障碍，目的是帮助药物开发商也这样做
在一项新的研究中，研究人员在芯片上培养了人的血脑屏障，比以前的芯片更真实地再现了它的生理学
新芯片为屏障的核心部分——称为星形胶质细胞的脑细胞——设计了一个健康的环境，星形胶质细胞不是神经元，但它充当神经元与循环系统的中介
人脑中的星形胶质细胞与血管系统中称为内皮细胞的细胞相互作用，作为血脑屏障与它们合作
但是星形胶质细胞是一个特别挑剔的伙伴，这使得它们成为看门人系统的一个重要组成部分，但也对以生理学上准确的方式培养提出了挑战
新的芯片通过在三维空间而不是平面或二维空间培养来迎合星形胶质细胞的敏感性
三维空间使星形胶质细胞更自然地发挥作用，这也使培养的内皮细胞功能更好，从而改善了整个屏障模型
新芯片为研究人员提供了比以前的屏障模型更健康的血脑屏障功能来观察
星形胶质细胞中的星形细胞 “你需要能够在健康状态和体内平衡的情况下，在芯片上精确地模拟一个组织
如果我们不能建立健康状态的模型，我们也不能真正建立疾病的模型，因为我们没有精确的控制来衡量它，”佐治亚理工学院的副教授金永泰说
伍德拉夫机械工程学院和这项研究的主要研究者
在新的芯片中，星形胶质细胞在三维空间中看起来更加自然，展现出星形的形状，这赋予了它们“星形”的名字
相比之下，在二维培养物中，星形胶质细胞看起来像带边缘的煎蛋
有了这种三维设置，该芯片增加了对人类血脑屏障进行可靠研究的可能性，目前替代方法很少
图示人星形胶质细胞(白色)与血管内皮细胞的界面
在右边，水通道蛋白-4被表达为水和一些营养物质和废物的交换
学分:佐治亚理工学院/金实验室/延世大学医学院 “没有任何动物模型能与人类血脑屏障的复杂功能相媲美
我们需要更好的人类模型，因为已经成功进入动物大脑的实验药物在人类屏障上失败了，”金说
该团队于2020年1月10日在《自然通讯》杂志上公布了他们的研究结果
这项研究由美国国立卫生研究院资助
金成立了一家公司，计划在未来大规模生产这种新芯片，用于学术和潜在的药物研究
挑剔、专横的星形胶质细胞 大脑是身体中唯一配备有星形胶质细胞的部分，星形胶质细胞以其独特的方式调节营养吸收和废物清除
“根据大脑的要求，星形胶质细胞与脉管系统实时合作，满足大脑的需求，并打开大门，只让那一点水和营养物质进入
星形胶质细胞只获取大脑需要的东西，不会让其他东西进入，”金说
星形胶质细胞在其膜中形成一种称为水通道蛋白-4的蛋白质结构，与脉管系统接触，让水分子进出，这也有助于清除大脑中的废物
“在以前的芯片中，没有观察到水通道蛋白-4的表达
这个芯片是第一个，”金说
“这对于研究阿尔茨海默病可能很重要，因为水通道蛋白-4对清除大脑中分解的垃圾蛋白很重要
" 这项研究的合著者之一，Dr
埃默里大学的艾伦·利维是一位被广泛引用的神经医学研究者，他对芯片在治疗阿尔茨海默氏症方面的潜力感兴趣
另一个，博士
托比·麦克唐纳也是埃默里大学的，他研究儿童脑癌，并对芯片在研究潜在脑癌治疗方法的可能性感兴趣
芯片上的血脑屏障和芯片上的器官一样小，但它给星形胶质细胞在3D中展现的空间很大
信用:佐治亚理工学院/永泰金实验室 屏障行为健康 星形胶质细胞也显示出它们在芯片的三维培养物中比在二维培养物中更健康，因为它们表达较少的由病理引发的基因
“二维培养的星形胶质细胞比三维培养的星形胶质细胞表达明显更高水平的低密度脂蛋白2
当我们在三维空间培养时，它只有原来的四分之一，”金说
更健康的状态也使星形胶质细胞更能表现出免疫反应
“当我们在三维培养中故意让星形胶质细胞面对病理应激时，我们得到了更清晰的反应
在二维空间中，基态已经不太健康了，然后对病理压力的反应就不那么明显了
这种差异使得三维培养对病理学研究非常有意思
" 纳米粒子输送 在与药物输送相关的测试中，纳米颗粒在与内皮细胞受体结合后穿过血脑屏障，这导致这些细胞吞噬颗粒，然后将它们运输到自然环境中的人脑内部
这是内皮细胞与三维培养的星形胶质细胞连接时工作得更好的部分原因
“当我们抑制受体时，大多数纳米粒子都无法进入
这种测试在动物模型中是行不通的，因为动物和人类之间存在跨物种的不准确性，”金说
“这是一个例子，说明了这种新芯片如何让你研究人类血脑屏障，从而实现潜在的药物输送，而这在动物模型中是做不到的
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