让屏障完整性检测更简单：在高通量器官芯片平台上对肠道屏障功能进行自动化成像与分析

【字体：大中小】 时间：2025年06月23日 来源：安捷伦BioTek

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　　本研究分享的是安捷伦与类器官生物芯片先驱MIMETAS联合开发的利用MIMETAS OrganoPlate平台和Agilent BioTek Cytation成像系统来评估肠道屏障功能的新方法。

引言

肠道屏障在防止有害物质的全身性暴露中起着至关重要的作用。药物或病原体对肠上皮细胞的破坏会导致屏障功能受损，从而增加潜在有害肠道内容物的吸收【1】。在药物开发过程中，早期识别能够诱导通透性的药物有助于更好地确定先导化合物的优先级，并减少具有严重肠道毒性的药物进入后续开发阶段。

基于3D 水平的肠道屏障研究

肠道是一个复杂的系统，在体外模拟肠道屏障并评估其完整性具有很大的挑战，3D 细胞培养平台例如器官芯片的出现和使用，很好的填补了这一空白。目前，器官芯片在模拟肠道屏障功能，评估药物对肠道屏障的影响和研究肠道疾病的发病机制中已经得到了广泛的应用。本研究分享的是安捷伦与类器官生物芯片先驱MIMETAS联合开发的利用MIMETAS OrganoPlate平台和Agilent BioTek Cytation成像系统来评估肠道屏障功能的新方法。

材料与方法

1. MIMETAS OrganoPlate平台：

MIMETAS的OrganoPlate®技术，是一种用于体外器官模型的高通量3D细胞培养平台，使用常用的384孔微孔板，支持多达96个单独的组织模型。该平台的底部由两层光学级玻璃组成，中间由一层薄薄的微流体通道隔开，通过无泵无管式灌注系统从进样孔向组织样本输送培养基，从而简化工作流程、提高效率和重现性‌。在这个解决方案中，使用的是OrganoPlate 3-lane 40 (MIMETAS BV, 4003 400B)，采用40个独立的肠道芯片，可通过荧光染料评估化合物对屏障功能的影响。

2. 细胞培养：使用人结肠腺癌细胞系Caco-2制备肠道模型。每个组织芯片由9个孔（3x3）组成，通过三个微流体通道（宽400µm，高220µm）连接。

图1. 在 OrganoPlate 3-lane 40中构建Caco-2 tubule培养模型

3. 屏障完整性检测：在培养的第6天，向培养基通道1中加入含有荧光染料（FITC-Dextran 150 kDa，TRITC-Dextran 4.4 kDa）和凋亡诱导剂staurosporine（0至50µM）的培养基，并立即使用BioTek Cytation 1细胞成像多功能微孔板检测系统开始成像。Cytation 1的内部温度设置并维持在37ºC，每小时捕获一次每个OrganoPlate芯片的荧光图像，持续24小时。

图2. 使用安捷伦 BioTek Cytation 1 细胞成像多功能微孔板检测系统进行肠道屏障完整性测定

结果与讨论

Caco-2细胞在OrganoPlate 3-lane 40中培养，并用staurosporine（0至50µM，24小时）处理，然后使用Cytation 1评估屏障完整性。

图3-4数据观察到：未加细胞和0µM staurosporine条件作为对照，显示出预期的图像和接近1和0的泄漏分数。

图3. Staurosporine 处理的Caco-2 tubule中 FITC-葡聚糖（150 kDa）的渗透性。

图4. staurosporine 处理的 Caco-2 tubule 中TRITC-dextran (4.4 kDa) 的渗透性。

图5 显示在staurosporine处理的细胞中，观察到剂量和时间依赖性的屏障完整性丧失，表现为两种荧光染料从培养基向凝胶通道的泄漏。通过计算泄漏分数和表观渗透率（Papp），进一步量化了屏障功能的破坏程度。

图5. 屏障完整性数据分析和表观渗透率

本文描述了一种利用Agilent BioTek Cytation 1细胞成像多功能微孔板检测仪结合MIMETAS OrganoPlate平台评估3D肠道组织屏障完整性的方法。这两个平台共同提供了一个用户友好的界面，实现了数据收集和分析的快速高效方法。该方法为药物发现和开发过程中评估肠道屏障功能提供了一种强大的工具，有助于识别可能导致肠道屏障破坏的化合物，并加速安全有效药物的研发。

除此之外，如果想要在器官芯片上进行更高分辨率的3D 组织结构重构，推荐使用增加了转盘共聚焦系统的Cytation 高级型号：Cytation C10 共聚焦微孔板成像检测系统。

图7. Caco-2 OrganoPlate 的 3D 渲染。使用安捷伦 BioTek Cytation C10 共聚焦成像系统在 40 倍物镜下获取共聚焦荧光图像。以 1 um的步进在多个 z 高度采集 3x3 图像拼接，跨越 150 微米的 Z 高度范围。细胞核用 Hoechst 33342 标记，细胞膜用 GFP 标记。3D 渲染使用安捷伦 BioTek Gen5 软件中的 3D 查看器工具生成。

Cytation 的独特性：