人脑微血管内皮细胞的分离培养及体外血脑屏障特性研究
血脑屏障的结构和功能研究

血脑屏障的结构和功能研究血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)是指由脑微血管内皮细胞、导管细胞、小胶质细胞、贴壁细胞等多种细胞构成的生理屏障,它负责能够阻挡有害物质进入脑组织,维持神经系统内环境的稳定性,是脑室周围和脑组织中间的天然屏障。
BBB是一种非特异性的保护性屏障,具有高度的选择性通透性。
因此它只能阻挡某些有害物质,如毒性药物、蛋白质、病毒和细菌等,而保护有益的物质,如氧气、葡萄糖等进入脑组织。
BBB的异常功能与许多神经系统疾病有关,如脑肿瘤、脑中风、癫痫等。
BBB的结构BBB的结构由内皮细胞和紧密排列的有机基质层构成,有机基质层是指包括基底膜、星形胶质细胞(Astrocyte)脚突和脑血管平滑肌细胞在内的多种成分。
内皮细胞表面密密麻麻地覆盖着许多壳状阴极蛋白(Claudin)和含有氨基酸残基的蛋白质(Occludin)等紧密连接蛋白,这些紧密连接蛋白是维持BBB抗渗透性的核心因素。
此外,内皮细胞膜上的ABC转运泵(ATP Binding Cassette Transporters)和多种酶类如γ-谷氨酰转移酶(γ-glutamyltransferase)也参与了与BBB的通透性有关的调节作用。
星形胶质细胞形状特殊,由一个细胞体和数条突起组成。
这些突起丰富地分布在BBB内皮细胞血管周围区域,星形胶质细胞与内皮细胞形成的间隙形成了所谓的亲密接触。
星形胶质细胞的脚突具有胶质细胞产生的脑血管收缩素(Astrocyte-derived Vasoactive Substance)等细胞因子的分泌功能,从而调节和改善BBB的透过性和稳定性。
脑血管平滑肌细胞主要表现为外膜的支持和它们构成平滑肌细胞肌束的作用。
尽管它们相对较少附着在BBB上,但它们的收缩仍可能引起脑血管的紧闭和脑血流减少。
BBB的功能BBB的主要功能是维持脑内稳定的物质和能量代谢环境。
BBB阻止了许多有害的物质(如微生物、毒素、肿瘤细胞等)进入脑组织,隔绝了血浆中许多本质分子直接进入脑组织的通道。
脑微血管内皮细胞条件培养液对体外培养正常神经元的影响

摘
要: 目的 : 讨 体 外模 拟 脑 缺血 再 灌 注 损伤 条 件 下及 通络 救 脑 注 射 液 干预 下 脑微 血 体外正 常培养神 经元 的影响。 c c — M) 方法: 先分别进行大鼠大脑微血管 内皮细 胞和神经元 的分 离纯化培养及建立体外模拟脑缺血再灌注损伤模型 , 然后 用收集的 C C — M ME s C 1: 1 1: 和 5的浓度作 用于体外培养 的神 经元 , T法测 定神 经元的活性 、存 活率 , e e — lt MT w sr b 检测 tn o NF —K B的表达 。结果 : 脑微血管 内皮细胞条件 培养液 可影响神经元生存活性 , 应用 中药通络救脑 注 射液作 用于脑微血 管内皮细胞后收集的条件培养液可明显提 高神 经元 的生存活性 ,可 以提 高神经元
29 第十卷 第四期 08
*V 10 N . o1 o . 4
2 坠 . ( ) 微 血 管 内皮 细 胞 的 培 养 和 其 条 件 液 的 1脑
收集。
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r 0 S ineadTc nl y d ri t no a ioa hns dcn n t r e i ] 4 蒯 c c n eh oo  ̄ en a o T dt nl i e e g Mo zi f r i C e Meii a dMa i M d a e ea c 3
少 明确提 出药物通过 何种 环节和方式 发挥作 用 , 探
讨脑微 血管 内皮 细胞对神经元 的调控作用 ,可为 寻 找 中药尤其是不能透过血脑屏障 中药发挥脑保护作 用 的靶 点 和 机制 开 辟 新 的视 野 。
TNF-α作用于脑血管内皮细胞受体机制的探讨

中国协和医科大学硕L研究生论文4.标准曲线的绘制HO一1,iNOS的PCR产物回收后,转化到DH5一a大肠杆菌里,挑取单克隆。
然后抽提出质粒,以10倍稀释成5个浓度点,做为标准样品,绘制标准曲线。
HO-1iNOS(I)PCR产物的回收与纯化:PCR反应液进行1%琼脂糖凝胶电泳切下目的片段,采用博大公司DNA片段玻璃奶法回收试剂盒按照产品说明快速回收DNA。
(2)PCR产物转化:回收的PCR产物加入2001Jl新鲜制备的感受态细胞溶液上轻轻混匀冰浴30min上42℃水浴90s土冰浴2min上加入800plLB培养液上37℃温和振摇60min土200pl菌液接种到含氨苄青霉素(60¨g,m1)的平扳上均匀涂布,静置使液体吸收上倒置平皿,37。
C12—20h后观察菌落生长情况0无菌超净台中挑取单菌落土4℃保存菌板中国协和医科大学硕士研究生论文结果一、脑血管内皮细胞形态野生型脑血管内皮细胞和敲除TNFRl的脑血管内皮细胞在4x10倍镜下形态基本相同,均为长梭形单层贴壁生长(图1)。
AH“一图1小鼠脑血管内皮细胞Fig1Themo巾hOm矾ncsofmousebrainmicrovesselendothelialcellinvitrocultureAWild-typemousebrainmicmvesselendothelialcelI(BVEC)B.TNFRlknock-outmousebrainmicrovesselendothelialcell(BVECFFNF-Rl(_/-))=、TNF受体对脑血管内皮细胞HO.1、iNOS基因表达的影响(一)TNF-a刺激下脑血管内皮细胞HO一1mRNA和蛋白表达TNF吨刺激后,野生型和敲除TNFRl的脑血管内皮细胞与对照组相比,HO.1mRNA明显增高(P<0.05和P<O.01),但敲除细胞的表达水平更为显著(图2)。
蛋自表达的变化与mRNA变化一致(图3)。
血脑屏障的结构和功能及其在神经疾病中的意义

血脑屏障的结构和功能及其在神经疾病中的意义血脑屏障,又称为血脑界限,是由一层特殊的细胞组成的屏障,它分离了大脑和脊髓中的血管系统和神经系统,从而保护了神经系统免受外部物质的干扰和损伤。
血脑屏障的存在为我们的身体正常生理活动提供了保障,但在某些神经疾病中,血脑屏障会受到损伤或破坏,从而导致疾病的发生和发展。
血脑屏障的结构血脑屏障由三个部分组成:脑毛细血管内皮细胞、脑血管基膜和星形胶质细胞。
脑毛细血管内皮细胞紧密连接在一起,形成了血管的内层,这一层细胞具有很高的静水压和负电位,可以过滤掉许多具有毒性和危害的物质。
脑血管基膜位于内皮层外面,由多种组织细胞和基质组成,作为脑毛细血管的主要支撑结构。
星形胶质细胞位于基膜外面,它们能够形成髓鞘并将许多物质从毛细血管内传输到神经元间隙。
血脑屏障的功能血脑屏障是保护中枢神经系统正常运转所必需的,它的功能包括:1.过滤血液成分:血脑屏障能够过滤血液中的不良成分,如有害物质、病毒和细菌等,从而保持大脑和脊髓的稳定环境。
2.调节神经递质:血脑屏障能够调节大脑和脊髓中的神经递质,从而控制神经细胞间的信号传递,使神经系统更加稳定和有序。
3.维持神经细胞代谢:血脑屏障能够为大脑和脊髓提供充足的氧气、营养物质、维生素和激素等物质,以保持神经细胞的正常代谢功能。
4.调节微环境:血脑屏障能够调节大脑和脊髓的微环境,从而控制神经系统中的细胞增殖、成熟和活动状态等,保持中枢神经系统的平衡。
血脑屏障在神经疾病中的意义血脑屏障的正常结构和功能在神经疾病中起着至关重要的作用,然而,在某些神经疾病中,血脑屏障会受到不同程度的损伤或破坏,从而导致一些不良的生理和病理反应。
下面我们来简单谈谈血脑屏障在几种神经疾病中的意义:1.阿尔茨海默病:阿尔茨海默病是一种中枢神经系统退行性疾病,以认知功能障碍和记忆力下降为主要临床特征。
研究发现,阿尔茨海默病患者的血脑屏障会受到不同程度的损伤或破坏,导致脑组织内出现异常的淀粉样斑块和神经纤维缠结,进而导致神经细胞的死亡和功能障碍。
跨血脑屏障的主要途径和机制

跨血脑屏障的主要途径和机制一、血脑屏障的结构与功能血脑屏障是由大脑微血管内皮细胞组成的一种特殊的生理屏障,主要功能是保护大脑免受外源性物质的侵害,维持大脑内稳态环境。
血脑屏障由内皮细胞、基底膜、周细胞和星形胶质细胞构成,其中内皮细胞通过紧密连接形成一个高度选择性的物理屏障,阻止大多数分子跨膜扩散。
血脑屏障的形成和维持依赖于内皮细胞与周围细胞之间的相互作用。
星形胶质细胞分泌多种生长因子,如转化生长因子β(TGF-β)和血管内皮生长因子(VEGF),促进内皮细胞分化并形成紧密连接,从而增强血脑屏障的屏障功能。
同时,周细胞也参与到血脑屏障的建立和维持过程中,通过分泌一些信号因子调节内皮细胞的通透性和极性。
然而,血脑屏障对于许多药物和神经递质的通过具有高度的选择性,这也成为中枢神经系统(CNS)疾病治疗的一大障碍。
因此,如何有效跨越血脑屏障成为神经药物递送领域的关键问题之一。
二、跨血脑屏障的主要途径为了克服血脑屏障的阻隔作用,研究者已经发现了几种主要的跨血脑屏障的途径,包括被动扩散、载体介导转运、受体介导转运以及通过破坏屏障完整性的途径等。
被动扩散被动扩散是最为简单直接的跨血脑屏障的方式,主要取决于药物分子的理化性质,如分子量、脂溶性、电荷等。
一般来说,分子量小于400 Da、高度脂溶性且电中性的小分子更容易通过被动扩散进入大脑。
在这种情况下,药物分子可以穿透内皮细胞膜,进入大脑组织。
然而,大多数神经递质和药物分子并不满足这些性质要求,因此被动扩散并不能有效作用于CNS疾病的治疗。
因此,研究者开发了其他一些跨屏障的策略。
载体介导转运内皮细胞膜上存在各种营养物质转运蛋白,如葡萄糖转运蛋白(GLUT)、L-亮氨酸转运蛋白(LAT)等,可以介导一些内源性分子如葡萄糖、氨基酸等跨膜转运进入大脑。
利用这些天然的转运蛋白,研究者设计了一些载体介导的跨屏障递送策略。
例如,将待递送的神经药物偶联到葡萄糖或氨基酸等小分子上,利用GLUT或LAT转运蛋白实现跨膜转运。
人体屏障(血脑屏障、胎盘屏障、血气屏障等)

血-脑屏障是指脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障,是由无窗孔的毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、基底膜、周细胞、星形胶质细胞足突和极狭小的细胞外隙共同组成的一个细胞复合体,是存在于脑和脊髓内的毛细血管与神经组织之间的对物质通过有选择性阻碍作用的一个动态的调节界面。
结构特点为脑毛细血管内皮细胞间相互连接紧密,缺少一般毛细血管所具有的孔;毛细血管内皮细胞被连续的基底膜所包围;毛细血管壁外表面积的85%都被神经胶质细胞的终足所包绕。
功能是:避免脑受到化学传导物质的影响;阻止某些物质(多半是有害的)由血液进入脑组织;使脑不受到病菌的感染;将脑内神经递质代谢产物、硫酸吲哚酚及药物运出到血液循环,维持脑内环境的稳定。
胎盘屏障是胎盘绒毛组织与子宫血窦间的屏障。
早期胎盘膜由合体滋养层、细胞滋养层和基膜、薄层绒毛结缔组织及毛细血管内皮和基膜组成。
妊娠4个月后,由于细胞滋养层在许多部位消失以及合体滋养层在一些部位仅为一薄层胞质,故胎盘膜变薄,胎血与母血间仅隔以绒毛毛细血管内皮和薄层合体滋养层及两者的基膜,更有利于胎血与母血间的物质交换。
胎盘屏障可以使正常妊娠期间母血与子血分开,互不干扰,阻止母体血中的某些有害物质进入胎儿血液循环,同时又保证胎儿所需营养物质的转运和代谢产物的排出。
气-血屏障是肺泡与血液之间进行气体交换所通过的结构,包括肺泡表面液体层、Ⅰ型肺泡细胞及其基膜、薄层结缔组织、毛细血管基膜及内皮。
气-血屏障很薄,有利于气体交换,防止血管内大分子物质和细胞随意逸出血管;减少组织液进入血管,防止肺水肿的发生。
皮肤屏障广义包括物理屏障、色素屏障、神经屏障、免疫屏障等。
狭义主要指物理性屏障。
物理屏障主要由角化包膜和脂质膜、中间丝聚合蛋白、角蛋自、角化桥粒、板层小体和角质层角质形成细胞间质、紧密连接等组成。
功能是对外抵抗抗原物质、微生物、日光等的侵袭,对内防止体内营养物质、水分的丢失.使皮肤维持正常的生理功能,预防某些皮肤病的发生。
体外脑缺血模型

型中BBB的干扰,可采用人工培养基或添加各种药 物,易于控制培养环境。 2缺血诱导方法
2.1直接诱导法
2.1.1 0GD
coc伍dent,Pe)来监测内皮细胞功能,检测闭锁小带 蛋白1和闭合蛋白这2种参与内皮细胞紧密连接的 重要蛋白,可反映内皮细胞结构的完整性。虽然该 模型中内皮细胞的TEER和Pe相对低于体内状态,
Banker共培养:利用胶质细胞滋养层进行分离
养10~12 d后细胞融合并分层:上层主要为小胶质
细胞,下层主要为星形胶质细胞。然后,可采用多种 方法进一步纯化:(1)McCarthv.GuliaIl摇晃法:
245
r/min摇晃2 h可在培养上清液中收集小胶质细
胞(>95%),摇晃过夜后仍贴壁生长的则是星形胶
为广泛。
地弥补了这一不足,提高了实验数据的可靠性。经
OGD处理一段时间后,可转移到正常氧浓度和含糖
培养基条件下继续培养,以模拟细胞或组织缺血再 灌注损伤的病理生理学过程。由于OGD操作简 便,可精确控制氧糖浓度,其他干扰因素少,实验结 果重复性好,同时能模拟体内缺血和再灌注损伤,因 此目前已成为体外研究缺血再灌注机制的最常用方
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通信作者:罗玉敏,豇1ail:y呲血11l@。crrm.edn瑚
血脑屏障的结构与功能研究进展

血脑屏障的结构与功能研究进展王顺蓉,张 英综述,李著华审校(泸州医学院病理生理教研室,泸州 646000) 哺乳动物中枢神经系统为了有效地执行其功能,需要一个超稳定的内环境,这一内环境稳定性的维持,依赖于血脑屏障(Blood Brain barrier,BBB)。
BBB是由无窗孔的毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、基膜、周细胞、星形胶质细胞足突和极狭小的细胞外隙共同组成的一个细胞复合体,是存在于脑和脊髓内的毛细血管与神经组织之间的一个动态的调节界面。
研究认为这个界面不单纯是被动保护性屏障,还能选择性地将脑内有害或过剩物质泵出脑外,保持脑的内环境稳定。
BBB中的脑毛细血管内皮细胞(Brain Microvascular Endothilial Cells, BMECs)具有与机体其它部位的毛细血管内皮细胞不同的特殊结构与功能。
目前已证实:BBB的屏障作用的主要由覆盖在脑毛细血管腔面的BMECs及其细胞间紧密连接完成。
星形胶质细胞仅参与诱导和维持BBB的特性。
1 血脑屏障的屏障功能 血脑屏障功能由机械性作用、载体、受体介导的运送系统及酶等共同参与构成。
1.1 机械的屏障功能 BMECs之间几乎没有间隙,近管腔面为紧密连接(环绕成带),胞内吞饮小泡数目极少、细胞内收缩蛋白少,细胞不易皱缩及高阻抗(限制离子通过)的存在,形成BBB的机械屏障;内皮细胞之间有紧密连接使内皮层形成一个完整的屏障界面,胶质细胞产生的可溶性分子促进紧密连接的形成,从而限制BBB的通透性;内皮细胞外存在带负电的基底膜,主要对内皮细胞起支撑作用,防止由于静脉压改变导致的毛细血管变形。
特殊的结构使脑微血管内皮细胞更具上皮细胞的特点,使血液中的溶质只能由内皮细胞的特异性转运系统进入脑,而不能像机体其它部位那样,可以经由内皮细胞裂隙,细胞内孔道或吞饮作用通过血管,但脑的毛细血管并非全部为“紧密结合”的内皮细胞层,少数区域结合疏松,呈网络状。
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D. Biegel et al. /Brain Research 692 (1995) 183-189
obtained, without sacrificing cell viability or the ability of the cells to express critical in vivo characteristics. These modifications allow as little as 300 mg of tissue to be used as starting material, an amount which can generate 12-15 confluent monolayers of BMEC, cultured in 48-well cluster dishes, within 1- week's time. Furthermore, due to its novel 3-dimensional nature and expression of in vivo barrier properties, this system is uniquely multi-purposive and ideally suited for evaluating a variety of physiologic and pathophysiologic processes that occur at the BBB.
Diane Biegel a, Dennis D. Spencer b, Joel S. Pachter a,*
Department of Physiology, University of Connecticut Health Center, 263 Farmington Ave, Farmington, CT 06030, USA b Department of Surgery, Yale University School of Medicine, 333 Cedar St., New Haven, CT 06510, USA
Accepted 1 l April 1995
Abstract
A simplified protocol for isolating brain microvessel endothelial cells (BMEC) from human cortex and culturing them on a thick collagen plug is described. This method results in the establishment of monolayers of BMEC that retain numerous properties indicative of the blood-brain barrier (BBB) phenotype, such as elevated transendothelial electrical resistance, attenuated paracellular flux of sucrose, peripheral actin filament distribution and asymmetric localization of the efflux peptide, P-glycoprotein, to the apical (luminal) BMEC surface. The novel 3-dimensional nature of this model system renders it ideally suitable for assaying such varied aspects of BBB physiology as solute transport, pathogen penetrance, leukocyte infiltration and tumor metastasis into the brain. Moreover, the fact that the system is derived from human brain allows for the study of pathogenetic mechanisms that may only be operative in humans.
2. Materials and methods
2.1. Isolation of human brain microvessels
Human brain microvessels were derived from samples of cortical tissue obtained from temporal lobe resections performed on patients with intractable seizure disorders at Yale New Haven Hospital. Typically, individual tissue samples ranged in size from approximately 1.0-1.8 g. Immediately after surgical removal, cortical samples were placed in ice-cold M199 medium (Gibco/BRL, Grand Island, NY), containing 50 mM Hepes, pH 7.4, and 3 X antibiotic-antimycotic (penecillin, streptomycin, amphotericin B; Gibco/BRL), and transferred to the laboratory in this same medium. Isolation of brain microvessels was performed by modifications of the method we previously used for the preparation of BMEC cultures from bovine brain [3,15]. As such, only significant changes in this protocol will be reported here. After the initial stages of tissue disruption and filtration, tissue fragments were subject to the first digestion with collagenase/dispase, in order to free the microvesels from the surrounding parenchymal tissue. Specifically, the tissue was resuspended in M199 medium containing 50 mM Hepes, pH 7.4, 1 × antibiotic-antimycotic, 20 U / m l DNase I (Type II, Sigma) and 0.147 /zg/ml of the protease inhibitor TLCK (tosyl-lysine-chloromethyl-ketone, Sigma). The inclusion of DNase I, which degrades the DNA liberated from broken cells, and TLCK, which inhibits the protease clostripain present in collagenase preparations, was for the purpose of fostering more efficient, though less destructive, digestion of microvessels away from the surrounding parenchyma [1]. A ratio of 0.5 ml of enzyme solution: gm of tissue sample was used, and the tissue uniformly dispersed by repeated pipetting through a cut-off 1.0 ml Eppendorf pipette tip. The enzyme/tissue mixture was then placed at 37°C in a shaking water bath for 1 h. After the first 30 min, the mixture was triturated with a tapered Pasteur pipette that had been coated with a 2% bovine serum albumin/phosphate buffered saline solution to minimize cell adherence [1]. After trituration, the tissue extract was placed back at 37°C for the remaining 30 min. Upon completion of the first enzymatic digestion, mylein debris was removed by centrifugation of the extract through
Keywords: Blood-brain barrier; Endothelium; Microvessel; Tight junction; CNS inflammation
I. Introducthe cerebral microvessel endothelium is the major element of the the blood-brain barrier (BBB) and comprises the primary limitation to passage of substances, both soluble and cellular, from the blood into the brain. To accomplish this task, brain microvessel endothelial cells (BMEC) utilize unique features that distinguish themselves from those of peripheral endothelium. Most prominant among these are the following: (1) numerous intercellular 'tight junctions' that display high transendothelial electrical resistance and retard paracellular flux [7]; (2) absence of fenestrae and a reduced level of fluid-phase endocytosis [18] and (3) asymmetrically-localized enzymes and carrier-mediated transport systems that engender a truly 'polarized' phenotype [16,23]. Like peripheral endothelial cells, however, BMEC express, or can be induced to express, cell adhesion molecules on their surface that regulate the extravasation of leukocytes into the brain. Accumulating evidence indicates that, in a variety of neuroinfectious and neurodegenerative disorders,