[发明专利]血脑屏障模型

说明书

提供了一种包括细胞群体和3D(三维)细胞生长材料的结构，该细胞群体包括内皮细胞、星形胶质细胞和周细胞，该细胞群体被定位于3D(三维)细胞生长材料内。该结构具有至少450Ω/cm²的TEER值。该结构的细胞可以来源于脑。细胞可以是人类细胞，并且特别地可以是原代来源的非永生化细胞。该结构特别地适用于血脑屏障的模型中，并且本发明还提供这样的模型。该结构被定位于容器中，在该容器中，该结构将定位于结构的第一侧上的第一室和定位于结构的第二侧上的第二室分开。第一室和第二室分别包含与结构的第一侧和第二侧接触的第一液体和第二液体。液体模拟脑细胞外液和血液。所提供的血脑屏障模型可以被用于脑疾病的模型中，并且用于研究剂进入脑或患病脑中的摄取。

发明领域

本发明涉及血脑屏障模型和用于构建血脑屏障模型的结构。本发明还涉及制造血脑屏障模型的方法和使用本发明的模型研究血脑屏障的渗透性的方法。

引言

血脑屏障是将中枢神经系统与血液分开的高度选择性的物理、运输和代谢屏障。稳定的微环境对于神经回路至关重要，因此脑稳态被血脑屏障高度控制，以避免突触信号传送和轴突信号传送的干扰。神经元距离毛细管从不多于8-20μm，因此血脑屏障对于脑细胞的直接微环境发挥最大的控制。此控制的一个功能是血脑屏障阻止分子移动跨过屏障进入中枢神经系统中的能力。

现在已知的是，血脑屏障包括呈动态界面形式的代谢屏障和物理屏障两者，其表型严重依赖于完整的功能性神经血管单元(Abbott等人，2006)。神经血管单元由动态地整合的内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞、神经元和小胶质细胞构成。内皮细胞之间的紧密连接阻止细胞旁运输，并且周细胞在脑微血管的发育和血流的调节中起关键作用。星形胶质细胞和基底膜支持神经元的功能，调节周细胞分化并且与微血管的节段通信。

在过去30年中，存在被设计成模拟血脑屏障的各种模型迭代。这些已经被创建以便研究血脑屏障的特征以及其行为。特别地，鉴于许多分子经历跨过血脑屏障的困难，已经出现基于细胞的体外模型作为预测分子的体内渗透(例如治疗剂通过血脑屏障)的潜在工具。

此外，在相关领域例如纳米技术、微流体和三维细胞生长材料中已经取得相关进展。对培养物中有效的细胞-细胞通信所需的3D层次结构、细胞外基质以及多种细胞类型存在的重要性的公认，已经导致体外建模的一般研究领域的发展(Goodman等人，2008)。此外，已经越来越强调物种特异性模型对于产生用于体内-体外相关性的相关比例因子的重要性(Polikov等人，2008)。

然而，话虽如此，目前缺少已经使用全部为人类组分培养的体外血脑屏障模型，并且此外缺少可以提供体内血脑屏障的物理状态和代谢状态两者的准确表示的血脑屏障模型。目前，可用的体外血脑屏障模型倾向于使用非人类细胞，并且已经仅仅对于物理屏障而不是包括功能性神经血管单元的细胞的代谢屏障被表征。

因此，存在对于以下血脑屏障模型的需求，该血脑屏障模型是生理学上相关的，并且集中于在血液和脑连接处存在的代谢屏障，目的是帮助开发用于治疗脑病理(brainpathology)的可渗透疗法。

本发明人已经产生包含功能性神经血管单元的细胞的血脑屏障的3D体外模型。该模型已经被优化，以表现准确地反映血脑屏障的物理状态和代谢状态两者的最大跨内皮阻力、紧密连接、转运蛋白与酶的表达和活性，。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供一种结构，所述结构包括：

细胞群体，细胞群体包含内皮细胞、星形胶质细胞和周细胞；

和3D(三维)细胞生长材料，细胞群体被定位于3D细胞生长材料内；

其中该结构具有至少450Ω/cm²的TEER值。

根据本发明的第二方面，提供了血脑屏障模型，该血脑屏障模型包括：

容器，容器包括第一方面的结构；