日本語AIでPubMedを検索
低酸素・神経炎症による血液脳関門機能障害を評価するための多細胞3次元神経血管ユニットモデル
Multicellular 3D Neurovascular Unit Model for Assessing Hypoxia and Neuroinflammation Induced Blood-Brain Barrier Dysfunction.
PMID: 32555384 PMCID: PMC7299970. DOI: 10.1038/s41598-020-66487-8.
抄録
血液脳関門（BBB）は、脳の恒常性を維持し、脳組織への溶質透過性を調節する脳-血管界面の動的な構成要素である。隣接する内皮細胞間のタイトジャンクション蛋白質の発現とエフラックス蛋白質の存在により、脳実質への異物の侵入が防止される。しかし、BBB機能障害は虚血性脳卒中、外傷、慢性神経変性疾患など多くの神経疾患に見られる。現在のところ、BBB機能障害の主な原因はよくわかっていません。ここでは、低酸素と神経炎症がBBB機能に及ぼす影響をモデル化するために、ヒトの脳微小血管内皮細胞、ペリサイト、アストロサイト、ミクログリア、オリゴデンドロサイト、ニューロンを含む多細胞3次元神経血管ユニットオルガノイドを用いた。オルガノイドは0.1%Oの低酸素チャンバーで24時間培養した。この低酸素条件下で培養したオルガノイドは、透過性の増加、プロ炎症性サイトカイン産生、酸化ストレスの増加を示した。抗炎症剤であるsecoisolariciresinol diglucosideと2-arachidonoyl glycerolは、低酸素条件下で培養したオルガノイドにおいて、炎症性サイトカインレベルを低下させて保護することを示した。フリーラジカル消去剤と抗炎症性エンドカンナビノイドの評価を通じて、疾患条件下での活性酸素や炎症の影響を軽減する可能性のある薬剤候補のための薬剤開発における本モデルの有用性を報告する。この 3D オルガノイドモデルは、低酸素生理学的条件下で、外因性の神経炎症性メディエーターに曝露された場合の BBB 機能障害の特徴を再現しており、疾患モデル化や治療法開発の可能性を秘めています。
The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic component of the brain-vascular interface that maintains brain homeostasis and regulates solute permeability into brain tissue. The expression of tight junction proteins between adjacent endothelial cells and the presence of efflux proteins prevents entry of foreign substances into the brain parenchyma. BBB dysfunction, however, is evident in many neurological disorders including ischemic stroke, trauma, and chronic neurodegenerative diseases. Currently, major contributors to BBB dysfunction are not well understood. Here, we employed a multicellular 3D neurovascular unit organoid containing human brain microvascular endothelial cells, pericytes, astrocytes, microglia, oligodendrocytes and neurons to model the effects of hypoxia and neuroinflammation on BBB function. Organoids were cultured in hypoxic chamber with 0.1% O for 24 hours. Organoids cultured under this hypoxic condition showed increased permeability, pro-inflammatory cytokine production, and increased oxidative stress. The anti-inflammatory agents, secoisolariciresinol diglucoside and 2-arachidonoyl glycerol, demonstrated protection by reducing inflammatory cytokine levels in the organoids under hypoxic conditions. Through the assessment of a free radical scavenger and an anti-inflammatory endocannabinoid, we hereby report the utility of the model in drug development for drug candidates that may reduce the effects of ROS and inflammation under disease conditions. This 3D organoid model recapitulates characteristics of BBB dysfunction under hypoxic physiological conditions and when exposed to exogenous neuroinflammatory mediators and hence may have potential in disease modeling and therapeutic development.