《Biomolecules》:Construction and Applicability Scenarios of 3D Neurovascular Unit Models In Vitro
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神经血管单元(NVU)由多种细胞和细胞外基质(ECM)组成。神经细胞与血管紧密交织,形成一个整体。NVU中的特定细胞成分和结构在维持中枢神经系统(CNS)稳态中发挥着不可或缺的作用。随着细胞共培养技术的进步与成熟,各种三维(3D)NVU模型不断涌现,为体外研究
神经血管单元(NVU)由多种细胞和细胞外基质(ECM)组成。神经细胞与血管紧密交织,形成一个整体。NVU中的特定细胞成分和结构在维持中枢神经系统(CNS)稳态中发挥着不可或缺的作用。随着细胞共培养技术的进步与成熟,各种三维(3D)NVU模型不断涌现,为体外研究CNS疾病提供了更客观、全面的视角。具体而言,这些3D NVU模型包括Transwell小室模型、凝胶-聚二甲基硅氧烷(gel-PDMS)基3D模型、自组装NVU模型和微流控NVU模型,它们在不同程度上重建了复杂的NVU结构。本综述系统总结了多种体外NVU的3D构建策略,以克服传统细胞实验或动物实验的局限性;强调了仿生凝胶在重现天然细胞-凝胶串扰中的关键作用;从细胞组成、血管形态、屏障性能和可重复性等方面比较分析了四种主要的3D NVU技术路线;面向实际研究需求对3D NVU平台的应用场景进行了分类,包括氧-葡萄糖剥夺/再灌注(OGD/R)损伤建模、血脑屏障(BBB)渗透性测定、CNS药物渗透筛选、神经炎症和神经毒性评价;提出了不同实验目的下模型选择的实用原则;并总结了当前瓶颈,包括血管网络成熟度不足和缺乏统一评价标准,以及对标准化3D体外NVU的未来展望。通过比较这些方法的优点和局限性,研究人员旨在阐明它们在研究特定病理机制和筛选潜在治疗药物方面的最佳适用性。
1. Introduction
NVU概念于2001年由美国国立神经疾病与卒中研究所的卒中进展回顾组会议提出,旨在将卒中治疗研究从单一细胞和信号通路转向包含多种细胞群体、多因素成分和联合疗法的整体策略,并强调从细胞水平向组织甚至亚器官水平的研究过渡。NVU由脑微血管内皮细胞(BMECs)、周细胞(PCs)、星形胶质细胞(ACs)、小胶质细胞(MG)、少突胶质细胞(OGs)、神经元及细胞外基质(ECM)构成,神经干细胞(NSCs)也被纳入本文的NVU范畴。BMECs形成连续血管内衬,PCs贴附血管壁,ACs终足包绕血管,三者协作建立具有紧密连接蛋白(TJPs)的血脑屏障(BBB)。MG作为常驻免疫细胞执行监视功能,OGs形成髓鞘,神经元传递信号,NSCs可响应脑损伤进行再生。ECM构成细胞直接微环境,支持细胞存活与组织构建。传统单细胞培养和动物实验存在局限性,因此发展体外三维(3D)NVU模型成为必然趋势。
2. The Cellular Composition and Functions of NVU
2.1 Functional Comparison of Each Cell in NVU
NVU组分细胞包括BMECs、PCs、ACs、MG、OGs、神经元和NSCs,各细胞协同维持NVU的功能与结构稳定。
2.2 The Role of BMECs in NVU
BMECs是BBB的主要细胞成分,富含TJPs,形成连续毛细血管和致密屏障。单细胞转录组分析显示BMECs在不同脑区具有分子异质性,对维持局部稳态至关重要。BMECs还作为信号枢纽,通过抑制转胞吞和与PCs的血管分泌因子通讯调节BBB完整性。
2.3 Roles of ACs in NVU
ACs通过