点成案例|BE-Transflow芯片构建上皮模型用于渗透性研究

概述

体外重现组织屏障的渗透性对于评估化学物质、药物或化妆品等在上皮组织的选择性转运至关重要。物质对组织屏障的渗透能力影响它们的吸收和效果。因此，在制药和化妆品行业，尤其是在毒理学研究中确定物质的渗透性非常关键。

器官芯片技术是一门在建立体外屏障模型方面表现十分出色的新兴技术。器官芯片的小型通道和腔室特性使多类型细胞的培养和组织单元功能重建成为可能。BE-Transflow芯片允许对皮肤等上皮进行气液界面(ALI)培养，在进行渗透性研究上提供了很大的便利。

BE-Transflow芯片进行渗透性研究

在2023年的一项研究中，来自西班牙萨拉戈萨大学阿拉贡工程研究所组织微环境实验室的研究人员利用BE-Transflow芯片开发了一种上皮芯片模型。研究人员通过在BE-Transflow芯片的培养井中培养永生化人角质形成细胞系(HaCaT细胞)14天获得了分层皮肤上皮。细胞在接种4天后，除去顶部的培养基以形成气液界面并通过底部通道中循环的培养基来培养细胞。通过钙黄绿素染色评估形成的层的活力。苏木精-伊红染色显示了BE-Transflow芯片中的分层上皮。通过免疫组化评估，细胞角蛋白-2、-10和-14的表达确认了三个表皮层。

图1 培养14天后HaCaT细胞的复层上皮。(A)苏木精-伊红染色。细胞角蛋白2(B)、细胞角蛋白10(C)和细胞角蛋白14(D)的免疫染色呈绿色。用DAPI(蓝色)进行细胞核染色。

下一步是评估芯片上皮模型是否可以确定不同分子的渗透系数。为此，研究人员对荧光素的渗透性进行了4小时的评估，结果显示渗透曲线呈线性斜率，这使得该分子的渗透性系数和获得的值与人角膜内皮中发现的值相似。此外，使用FITC标记的不同分子量的葡聚糖对其渗透系数进行定量分析。该模型能够根据斯托克斯-爱因斯坦方程将化合物的斯托克斯半径与其渗透系数关联起来。该结果特别有价值，因为它允许通过确定分子的渗透系数来估计分子的斯托克斯半径，反之亦然。

图2 (A)每30分钟至8小时超时定量荧光素渗透性(mol/m−3x103) (B)每10分钟至4小时超时定量荧光素渗透性(mol/m−3x103) (C) 4000、10000、20000和40000 g/mol分子量 (mol/m−3x103)的异硫氰酸酯-葡聚糖(右旋糖酐)的荧光素渗透性，每30分钟进行一次定量，直至8小时。(D)根据量化渗透率计算出的渗透系数(m/sec)x10−8与所研究的异硫氰酸荧光素-葡聚糖所描述的斯托克斯半径的倒数((m−1)x109))之间的加权最小二乘拟合。

最后，研究人员使用芯片上皮模型通过渗透系数确定金纳米颗粒的半径。研究人员制备了不同尺寸的纳米颗粒，并与之前的葡聚糖分子类似地评估了它们的渗透系数。根据获得的值，研究人员可以计算颗粒的斯托克斯半径，其结果与透射电子显微镜获得的值相似。

总体而言，本文展示了Be-Transflow装置作为渗透性研究的芯片上皮平台的重要作用，特别是在确定与分子或颗粒扩散相关的斯托克斯半径方面。该模型将其适用性扩展到皮肤、肾、肠或肺等器官中发现的上皮细胞。

审核编辑 黄宇