[发明专利]基于阳极氧化铝模板建立的体外血脑屏障模型装置及应用

说明书

本发明公开了一种基于阳极氧化铝模板建立的体外血脑屏障模型装置及应用，所述装置包括以功能化AAO为基底的上腔室和孔板基底的下腔室，所述AAO基底的通道内修饰有链霉亲和素，AAO表面喷金并修饰RGD肽，该基底设于中空圆柱体底部构成上腔室；所述上腔室接种有脑微血管内皮细胞，下腔室填充有细胞培养基；利用该装置可应用于检测血脑屏障完整度和脑肿瘤药物筛选。本发明不仅比现有的Transwell模型更加准确，还实现了细胞培养的可视化和培养基底的可重复利用，并且在利用所述装置实现实时监测BBB完整度的同时，还可以进一步提升脑肿瘤药物筛选的准确度；操作简便，无需借助精密昂贵的实验仪器。

技术领域

本发明涉及一种血脑屏障体外模型的装置，尤其涉及一种基于阳极氧化铝模板建立的体外血脑屏障模型装置及应用。

背景技术

血脑屏障(BBB)是介于血液循环系统与脑部中枢神经系统(CNS)之间的一个动态而复杂的界面，由紧密连接的脑微血管内皮细胞(BMECs)、连续的基底膜和疏松连接的星形胶质细胞血管周足组成，其中，紧密连接的BMECs是构成BBB的主要组成部分。BBB主要负责运输脑细胞正常代谢所必需的营养物质，此外，还是大脑血管、细胞及脑组织的保护性屏障，能阻挡微生物、毒素、大分子和一些化合物等有害物质从血液侵入脑部。然而，BBB在保护脑部的同时，也阻碍了脑肿瘤药物的进入，使得当前新型脑肿瘤药物的开发进程远落后于其它疾病的药物。因此，迫切需要建立一种BBB模型来高效筛选出能跨越BBB的候选药物。

BBB模型可分为体外模型和动物模型。基于体外模型相比于动物模型，有着可控性高、操作简单、研究经费投入低、疾病研究伦理争议少、药物研发周期短等优点，研究人员已开发出多种BBB体外模型用于高通量药物筛选研究。其中，商业化的Transwell模型是最常见的一类BBB体外模型。在该模型中，BMECs培养于上层聚碳酸酯(PC)膜形成“血液”侧，与下层孔板侧“脑”隔室分离。该模型提供了如易于培养、制备简单和方便监测屏障完整性和药物通透性等的诸多实验优势。然而，PC膜具有孔分布不规则、孔隙率低、孔径不确定等缺点。随机分布的孔会引起膜的显著光散射，导致其上培养的BMECs细胞不可见。低通透性膜上生长的BMECs与高通透性的体内细胞外基质膜上生长的BMECs有很大的不同。较高粗糙度的PC膜孔通道可能还会引起穿过BBB的纳米药物堵塞于通道内，导致药物筛选结果不准确。此外，纳米药物在Transwell模型中的传输行为，仍需要借助复杂的高效液相色谱、质谱或额外的荧光示踪等方法来评估。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种能有效克服传统Transwell体外模型中存在的缺陷的基于阳极氧化铝模板建立的体外血脑屏障模型装置，该装置便于监测屏障完整性，药物筛选结果更准确；本发明的另一目的在于提供一种利用所述装置进行监测的方法；本发明的另一目的在于提供一种所述装置在监测血脑屏障完整性和脑肿瘤药物筛选中的应用。

技术方案：本发明所述的基于阳极氧化铝模板建立的体外血脑屏障模型装置，包括以功能化AAO为基底的上腔室和孔板基底的下腔室，所述功能化AAO基底的通道内修饰有链霉亲和素(SA)用于捕获脑肿瘤纳米药物，AAO表面喷金并修饰RGD肽以促进细胞的粘附和增殖，该基底设于中空圆柱体底部构成上腔室；所述上腔室接种有脑微血管内皮细胞(BMECs)，下腔室填充有细胞培养基。

其中，阳极氧化铝(AAO)由于具有孔径和孔密可调、孔阵列高度有序、孔分布均匀、通道光滑且可进行功能化修饰、刚性等特点已被广泛用于细胞培养、生物传感、药物递送等领域。AAO上高度有序的孔阵列大大降低了光散射性，使其上的细胞培养可视化；高通透性的AAO孔分布允许活跃的细胞间通讯，能促进细胞的生长；拓扑结构的AAO纳米孔可以诱导BMECs对齐生长，可提升内皮屏障的完整性。因此，AAO有望用作细胞培养平台以建立更加准确的BBB体外模型。此外，AAO通道内可被功能化修饰用来捕获纳米药物。基于膜表面的内皮屏障或通道内的纳米药物引起的孔堵塞现象，AAO还可被构建成电化学纳米孔传感器，能方便实时地监测BBB完整度和纳米药物跨越BBB的能力，进一步提高药物评价的准确度。