Cuantificación de la integridad de las barreras en plataformas de órganos en un chip
La plataforma EVOM™ Chip proporciona mediciones de TEER de alta fidelidad y en tiempo real que permiten resolver la maduración de la barrera y la alteración inflamatoria en modelos endoteliales y de la BBB, posibilitando una evaluación estandarizada y escalable de la función de la barrera en sistemas microfisiológicos.
Resumen
La evaluación cuantitativa y en tiempo real de la integridad de la barrera es fundamental para modelar la fisiología neurovascular y la función de la barrera hematoencefálica (BBB) in vitro. En este estudio, la plataforma EVOM™ Chip se utilizó para monitorizar la resistencia eléctrica transendotelial (TEER) tanto en un modelo de endotelio vascular como en modelos primarios de tricultivo de BBB. Las mediciones de TEER demostraron una formación sólida de la barrera a lo largo del tiempo y detectaron una alteración significativa de la barrera tras la exposición a la citocina proinflamatoria factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α). Estos hallazgos establecen la plataforma EVOM™ Chip como una solución altamente sensible, estandarizada y escalable para resolver cambios sutiles en la barrera y respuestas inflamatorias en modelos avanzados de cultivo celular.
Introducción
Los tejidos que forman barreras, como el endotelio vascular y la BBB, regulan estrictamente el intercambio molecular y la homeostasis tisular, por lo que su integridad constituye un indicador central en el modelado de enfermedades, el descubrimiento de fármacos y los ensayos de toxicidad. La TEER es un método no invasivo ampliamente adoptado para cuantificar la formación de la barrera y detectar su alteración. La plataforma EVOM™ Chip integra electrodos incorporados en formatos de sistemas microfisiológicos para proporcionar mediciones de TEER sensibles y reproducibles, eliminando la variabilidad manual y permitiendo una monitorización continua y sin intervención. EVOM™ Chip proporciona información en tiempo real y de alta fidelidad sobre la dinámica de las barreras celulares, al tiempo que establece un enfoque estandarizado para la medición de TEER.
Esta nota de aplicación demuestra cómo se utiliza la plataforma EVOM™ Chip para:
- Monitorizar la maduración de la barrera endotelial en monocultivos de células endoteliales vasculares del cordón umbilical humano (HUVEC) mediante la medición de TEER multiplexada, en el chip y sin intervención.
- Evaluar el desarrollo de la BBB en un modelo primario de tricultivo en la plataforma SynBBB.
- Cuantificar la alteración inflamatoria de la barrera inducida por citocinas utilizando la TEER como indicador de alteración funcional.
Materiales y métodos
Las HUVEC se cultivaron en dispositivos EVOM™ Chip y se monitorizaron durante 48 horas para evaluar la formación de la barrera. Se estableció un modelo primario de BBB compuesto por células endoteliales, astrocitos y pericitos, que se cultivó durante 72 horas para promover el desarrollo y la maduración de la barrera. Tras establecerse la barrera, los cultivos se trataron con TNF-α (10 ng/mL) para inducir su alteración. La integridad de la barrera se evaluó cuantificando la TEER en la plataforma EVOM™ Chip mediante la medición de la resistencia eléctrica a través de la barrera celular.
Análisis estadístico
Los datos se presentan como media ± SEM. Monocultivo de HUVEC, n = 7; tricultivo SynBBB, n = 15. Se utilizó un ANOVA de una vía con comparaciones múltiples para evaluar la significación estadística. Se aplicó un umbral de significación de p < 0.05. Niveles de significación: *** p < 0.001; **** p < 0.0001.
Resultados
A. EVOM™ Chip cuantifica la formación de la barrera de HUVEC y la alteración mediada por citocinas. Los valores de resistencia basal promediaron aproximadamente 15 kΩ. Después de 48 horas de cultivo, la TEER aumentó significativamente hasta aproximadamente 36 kΩ, lo que indica la formación exitosa de una barrera endotelial estrecha. La exposición a TNF-α (10 ng/mL) durante 4 horas redujo la resistencia a aproximadamente 29–30 kΩ, demostrando una pérdida medible de la integridad de la barrera.
- Los valores de TEER se duplicaron con creces durante la maduración de la monocapa, lo que refleja el rápido establecimiento de una barrera endotelial de alta integridad.
- La exposición a TNF-α produjo una disminución rápida y cuantificable de la TEER, demostrando la capacidad de la plataforma para detectar la alteración inflamatoria aguda de la barrera.
- Se observaron diferencias estadísticamente significativas entre todos los grupos experimentales, a pesar del pequeño tamaño de la muestra (n=7, ***p < 0.001, ****p < 0.0001).
Fig. 1 Monocultivo de HUVEC en la plataforma EVOM™ Chip
B. EVOM™ Chip cuantifica la formación y la lesión complejas de la BBB. La plataforma SynBBB se utilizó para cultivar células primarias de BBB en tricultivo y mostró una maduración progresiva de la barrera, con un aumento de la TEER desde aproximadamente 14–15 kΩ en el valor basal hasta aproximadamente 25–26 kΩ después de 72 horas de cultivo. Tras la exposición a TNF-α, la resistencia disminuyó hasta aproximadamente 21–22 kΩ, lo que indica una alteración de la integridad de la BBB.
- El modelo primario de tricultivo mostró un fortalecimiento fisiológicamente relevante de la BBB durante 72 horas, coherente con las interacciones coordinadas entre células endoteliales, astrocitos y pericitos.
- El estímulo con citocinas indujo una reducción clara de la TEER, confirmando la respuesta del modelo al estrés inflamatorio y la sensibilidad de la plataforma a alteraciones sutiles de la BBB.
- Se observaron diferencias estadísticamente significativas entre todos los puntos temporales (n=15, ***p < 0.001, ****p < 0.0001).
Discusión
La medición precisa y cuantitativa de la integridad de la barrera es fundamental para estudiar la biología vascular y modelar los mecanismos de las enfermedades neurovasculares. La integración directa de la TEER en sistemas de órganos en un chip mediante la arquitectura de electrodos incorporados de WPI ofrece una ventaja importante frente a las sondas manuales tradicionales, que requieren posicionamiento manual, introducen variabilidad del operador y alteran las condiciones del cultivo durante cada medición. Los electrodos incorporados permanecen fijos dentro del dispositivo, lo que permite una monitorización continua, sin intervención y no invasiva, con una geometría de electrodos constante y una estabilidad de señal superior, aspectos fundamentales para resolver cambios sutiles en la función de la barrera. Tanto en monocultivos endoteliales como en tricultivos, este enfoque captó aumentos claros de la TEER durante la maduración de la barrera y descensos rápidos tras el estímulo inflamatorio, demostrando la importancia de incorporar la TEER como indicador funcional en tiempo real. Al incorporar la medición de TEER directamente en la plataforma de cultivo, se garantiza una mayor calidad de los datos, una reproducibilidad mejorada y una interpretación más precisa de la dinámica de la barrera en respuesta a estímulos biológicos o farmacológicos.
En este estudio, demostramos que EVOM™ Chip puede detectar con sensibilidad aumentos de la TEER que reflejan la maduración de la barrera tanto en modelos celulares de monocultivo como de tricultivo en chips microfluídicos SynBBB, así como cuantificar el efecto de las citocinas al inducir una respuesta inflamatoria y dañar la BBB. En ambos modelos, se observó una disminución de la TEER tras el tratamiento con TNF-α, coherente con la alteración de la estructura de las uniones estrechas mediada por citocinas y el aumento de la permeabilidad de la barrera.
Estos resultados demuestran que la plataforma EVOM™ Chip proporciona un método sensible, reproducible y no invasivo para monitorizar la dinámica de la barrera en diversos modelos in vitro. Esta tecnología establece una base para obtener lecturas estandarizadas basadas en TEER en modelos de barreras específicas de órganos, posibilitando aplicaciones en el cribado de fármacos, estudios mecanísticos y modelado de enfermedades en el cerebro, el hígado, el riñón, el intestino y otros órganos.
Estos hallazgos confirman que la plataforma EVOM™ Chip puede detectar con sensibilidad tanto la formación de la barrera como la disfunción de la barrera inducida por citocinas en monocultivos endoteliales y tricultivos de BBB.
