Modeling of Blood–Brain Barrier (BBB) Dysfunction and Immune Cell Migration Using Human BBB-on-a-Chip for Drug Discovery Research

血脑屏障 外渗 细胞生物学 芯片上器官 紧密连接 药物输送到大脑 生物 趋化因子 体内 免疫系统 化学 免疫学 中枢神经系统 神经科学 材料科学 纳米技术 微流控 生物技术
作者
Masato Ohbuchi,Mayu Shibuta,Kazuhiro Tetsuka,Haruna Sasaki‐Iwaoka,Masayo Oishi,Fumitaka Shimizu,Yasuhisa Nagasaka
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [MDPI AG]
卷期号:25 (12): 6496-6496
标识
DOI:10.3390/ijms25126496
摘要

Blood–brain barrier (BBB) dysfunction is a key feature in neuroimmunological and neurodegenerative diseases. In this study, we developed a microfluidic human BBB-on-a-chip to model barrier dysfunction and immune cell migration using immortalized TY10 brain endothelial cells, pericytes, and astrocytes. It was found that immortalized TY10 brain endothelial cells developed a microvascular structure under flow. Pericytes were localized on the basal side surrounding the TY10 microvascular structure, showing an in vivo-like structure. Barrier integrity increased under co-culture with pericytes. In addition, both ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and anti-Claudin-5 (CLDN5) neutralizing antibody caused a decrease in the transendothelial electrical resistance (TEER). EDTA caused the leakage of 20 kDa dextran, suggesting different effects on the BBB based on the mechanism of action, whereas anti-CLDN5 antibody did not cause leakage. In the tri-culture model, human T cells migrated through endothelial vessels towards basal C-X-C motif chemokine ligand 12 (CXCL12). The live-imaging analysis confirmed the extravasation of fluorescence-labelled T cells in a CXCL12-concentration- and time-dependent manner. Our BBB model had an in vivo-like structure and successfully represented barrier dysfunction and transendothelial T cell migration. In addition, our study suggests that the inhibition of CLDN5 attenuates the BBB in humans. This platform has various potential uses in relation to the BBB in both drug discovery research and in elucidating the mechanisms of central nervous system diseases.

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