Anwendungen der TEER-Messung in der Wirkstoffforschung
Transepitheliale/Transendotheliale Elektrische Resistenz (TEER) ist eine Technik, die in der modernen Forschung und Wirkstoffentwicklung verwendet wird und den elektrischen Widerstand über eine Zellmonolage misst, der durch die Tight Junctions zwischen benachbarten Zellen beeinflusst wird. Die TEER-Messung wird häufig verwendet, um die Barriereeigenschaften von epithelialen und endothelialen Zellschichten zu bewerten, und ist zu einem unverzichtbaren Werkzeug geworden, um die Biologie von Geweben, die Pathologie von Krankheiten sowie die Sicherheit und Wirksamkeit von Arzneimitteln und Wirkstoffabgabesystemen zu beurteilen. Forschende nutzen TEER, um qualitativ die Integrität von Barrieregeweben zu messen, wie sie in der Auskleidung des Darms, der Lunge, der Nieren, der Fortpflanzungsorgane, des Gehirns und anderer Organe vorkommen, und um quantitativ die Zellkonfluenz zu bestimmen. Hier untersuchen wir, wie TEER derzeit in Forschung und Wirkstoffentwicklung eingesetzt wird, einschließlich seiner Anwendungen, Vorteile und Einschränkungen.
Prinzip der TEER-Messung
Die TEER-Messung basiert auf dem Prinzip, dass eine Zellmonolage als elektrische Barriere wirkt und der Widerstand gegen den elektrischen Stromfluss proportional zur Integrität der Zellbarriere ist. Die Messung erfolgt mit einem spezialisierten Elektrodenarray, das aus zwei Elektrodenpaaren besteht, die durch einen Spalt getrennt sind. Jedes Paar hat zwei Elektroden, eine zur Stromzufuhr und eine zur Spannungsmessung. Ein Elektrodenpaar wird auf der apikalen Seite der Zellmonolage platziert, das andere auf der basolateralen Seite.
Ein ultraniedriger Strom (10 µA) wird dann über die Stromelektroden geleitet, und der Spannungsabfall über den Spalt wird mit den Spannungselektroden gemessen. Der Widerstand der Zellmonolage wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet, das besagt, dass der Widerstand gleich der Spannung geteilt durch den Strom ist.
[R=V/I, wobei R der gemessene Widerstand ist, V die Spannung über der Membran und I der angelegte Strom durch die Membran.]
Anwendungen von TEER
Eine der Hauptanwendungen der TEER-Messung ist die Untersuchung der Zellbarrierefunktion. Die Technik kann verwendet werden, um die Integrität von epithelialen und endothelialen Zellschichten zu bewerten, die für die Aufrechterhaltung der physiologischen Funktionen von Geweben und Organen essenziell sind. Zum Beispiel ist die Blut-Hirn-Schranke (BBB) eine spezialisierte endotheliale Zellschicht, die das Gehirn vom Kreislaufsystem trennt. Die BBB spielt eine entscheidende Rolle beim Schutz des Gehirns vor schädlichen Substanzen, begrenzt aber auch die Wirkstoffzufuhr zum Gehirn. Die TEER-Messung kann verwendet werden, um die Permeabilität der BBB zu bewerten und Wirkstoffkandidaten daraufhin zu testen, ob sie die Barriere überwinden können, da der elektrische Widerstand die inverse Funktion der Leitfähigkeit ist.
Da die normalen TEER-Werte für verschiedene Gewebe- und Organsysteme bekannt sind, ist TEER eine wichtige Messgröße bei der Modellierung verschiedener Krankheiten. TEER-Messungen können verwendet werden, um die physiologischen Bedingungen normaler Gewebe nachzubilden und die Auswirkungen verschiedener Krankheiten auf die epithelialen Barrierefunktionen zu untersuchen. Krankheiten, die für eine beeinträchtigte Barrierefunktion bekannt sind, umfassen:
- Entzündliche Darmerkrankungen wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa.
- Zöliakie.
- Atemwegserkrankungen wie Asthma, COPD und Mukoviszidose.
- Nierenerkrankungen und Nierenschäden.
- Neurologische Erkrankungen wie Multiple Sklerose und Schlaganfall.
- Infektionskrankheiten, verursacht durch Bakterien, Viren und Parasiten.
- Krebs und Krebsmetastasen.
Die TEER-Messung ist auch nützlich in Studien zur Wirkstoffabgabe und therapeutischen Permeabilität. Wirkstoffabgabesysteme sind darauf ausgelegt, die Wirksamkeit und Sicherheit von Arzneimitteln zu verbessern, indem sie deren Freisetzung steuern und gezielt bestimmte Gewebe und Zellen ansprechen. Die TEER-Messung kann verwendet werden, um die Fähigkeit von Wirkstoffabgabesystemen zu bewerten, epitheliale und endotheliale Zellschichten zu durchdringen und die Wirksamkeit der Wirkstofffreisetzung am gewünschten Wirkort. Zum Beispiel sind Liposomen eine Art von Wirkstoffabgabesystem, das Wirkstoffe einkapseln und gezielt an bestimmte Gewebe liefern kann. Die TEER-Messung kann verwendet werden, um die Fähigkeit von Liposomen zu bewerten, Zellbarrieren zu überwinden und Wirkstoffe am gewünschten Wirkort freizusetzen. Durch die Messung der TEER vor und nach der Wirkstoffexposition können Forschende feststellen, ob der Wirkstoff die Zellschicht durchdrungen hat und ob die Integrität der Zellschicht beeinträchtigt wurde.
TEER kann auch verwendet werden, um die Toxizität von Arzneimitteln und anderen Verbindungen zu bewerten. Wenn ein Arzneimittel oder eine Verbindung eine Abnahme der TEER-Messung verursacht, zeigt dies einen Zusammenbruch des Barrieregewebes an und weist darauf hin, dass das Arzneimittel oder die Verbindung toxisch sein könnte. TEER kann auch als Screening-Tool in der Wirkstoffentwicklung eingesetzt werden, um Verbindungen und deren wirksame Konzentrationen zu identifizieren, die die Integrität epithelialer Zellschichten verbessern oder erhalten können. Dies ist besonders nützlich bei der Entwicklung von Arzneimitteln zur Behandlung von Krankheiten, die durch beeinträchtigte epitheliale Barrieren gekennzeichnet sind, wie entzündliche oder ulzerierende Darmerkrankungen. Zudem können TEER-Messungen als Qualitätskontrolle bei der Herstellung biomedizinischer Geräte und therapeutischer Produkte wie künstlicher Organe und Wirkstoffabgabesysteme verwendet werden, die eine stabile und funktionelle epitheliale Barriere erfordern.
Vorteile von TEER zur Bewertung der Zellbarrierefunktion
Die TEER-Messung bietet mehrere Vorteile gegenüber anderen Methoden zur Bewertung der Zellbarrierefunktion. Einer der wichtigsten Vorteile ist, dass sie Echtzeit- und quantitative Messungen der Zellbarrierefunktion liefert und der experimentelle Messaufbau einfach ist. Im Gegensatz zu anderen Methoden wie Permeabilitätsassays erfordert die TEER-Messung keine fluoreszierenden oder radioaktiven Marker, die die Zellfunktion beeinträchtigen und die Ergebnisse verfälschen können. Außerdem ist die TEER-Messung eine nicht-destruktive Technik, mit der die Zellbarrierefunktion über die Zeit überwacht werden kann, sodass Forschende diese Messung wiederholt durchführen können, ohne die Zellen zu schädigen. Dies ist besonders nützlich in Langzeitstudien, die die Auswirkungen von Arzneimitteln und anderen Interventionen auf die Zellbarrierefunktion bewerten. TEER ist zudem kosteneffizient und einfach durchzuführen, was sie zu einem bevorzugten Testverfahren in Forschungs- und Pharma-Laboren macht.
Einschränkungen der TEER-Messung
Die TEER-Messung hat bestimmte Einschränkungen, die berücksichtigt werden müssen, um einen geeigneten experimentellen Aufbau für optimale Ergebnisse zu bestimmen, sowie zusätzliche Studien, die erforderlich sein können, um diese zu überwinden. Eine Einschränkung von TEER ist, dass nur der Widerstand der Zellmonolage gemessen wird und keine Informationen über die Struktur und Zusammensetzung der Barriere geliefert werden. Molekulare Studien, wie Proteinlokalisierung und -expression, sind möglicherweise notwendig, um die Ursache der physiologischen Veränderung zu verstehen.
Die TEER-Messung ist empfindlich gegenüber Umweltfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und pH-Wert, die den Widerstand der Zellmonolage beeinflussen können. Das Akklimatisieren aller Proben auf eine stabile Temperatur und Umweltbedingungen für 15 Minuten vor der Messung sollte die Auswirkungen von Umweltfaktoren auf die TEER-Werte minimieren.
Die TEER-Messung kann auch durch das Vorhandensein von extrazellulären Matrixkomponenten (ECM) wie Kollagen und Fibronectin beeinflusst werden, die die elektrischen Eigenschaften der Zellmonolage verändern können. Durch Einbeziehung eines geeigneten Blanks und Subtraktion der Blank-Messung kann der Einfluss von ECM-Proteinbeschichtungen oder das Vorhandensein dieser ECM-Proteine in den Proben minimiert oder aus den endgültigen TEER-Daten eliminiert werden.
WPI TEER-Technologie
Die TEER-Messung ist ein unverzichtbares Werkzeug in der modernen Forschung und Wirkstoffentwicklung. TEER liefert Echtzeitmessungen der Zellbarrierefunktion und kann verwendet werden, um die normale Physiologie zu verstehen, Krankheitsmechanismen zu untersuchen und die Sicherheit sowie Wirksamkeit von Therapeutika für den klinischen Einsatz zu bewerten. World Precision Instruments (WPI) hat die Wissenschaft der TEER-Messung vor über 30 Jahren maßgeblich entwickelt, und heute konzentriert sich die EVOM™-Familie von TEER-Messprodukten auf schnelle, reproduzierbare und hochdurchsatzfähige TEER-Messungen für die Wirkstoffentwicklung. Die EVOM™-Technologie von WPI wurde in über 16.000 begutachteten wissenschaftlichen Fachzeitschriften zitiert. Wenn Sie Fragen zu TEER haben, rufen Sie uns an unter (866) 606-1974 oder schreiben Sie uns eine E-Mail an wpi@wpiinc.com. Wir würden gerne erfahren, wie Sie die TEER-Messung einsetzen.