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 en tiempo real que permiten detectar la maduración de la barrera y su alteración inflamatoria en modelos endoteliales y de BBB, lo que posibilita una evaluación estandarizada y escalable de la función de barrera en sistemas microfisiológicos.
Resumen
La evaluación cuantitativa 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, se utilizó la plataforma EVOM™ Chip para monitorizar la resistencia eléctrica transendotelial (TEER) tanto en un modelo de endotelio vascular como en modelos de tricultivo primario de BBB. Las mediciones de TEER demostraron una formación robusta 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 detectar cambios sutiles en la dinámica de la barrera y las 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 es una medida central en el modelado de enfermedades, el descubrimiento de fármacos y las pruebas de toxicidad. La TEER es un método ampliamente adoptado y no invasivo para cuantificar la formación de barreras y detectar su alteración. La plataforma EVOM™ Chip integra electrodos integrados en formatos de sistemas microfisiológicos para proporcionar mediciones de TEER sensibles y reproducibles, eliminar la variabilidad manual y permitir una monitorización continua y sin intervención manual. 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 medir la 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 de la vena umbilical humana (HUVEC) mediante mediciones de TEER multiplexadas en chip y sin intervención manual.
- Evaluar el desarrollo de la BBB en un modelo de tricultivo primario en la plataforma SynBBB.
- Cuantificar la alteración inflamatoria de la barrera inducida por citocinas usando TEER como indicador de la alteración funcional
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Materiales y métodos
Se cultivaron HUVEC en dispositivos EVOM™ Chip y se monitoreó la formación de la barrera durante 48 horas. Se estableció un modelo primario de BHE compuesto por células endoteliales, astrocitos y pericitos, y se cultivó durante 72 horas para favorecer el desarrollo y la maduración de la barrera. Tras establecer la barrera, los cultivos se trataron con TNF-α (10 ng/mL) para inducir su alteración. Se evaluó la integridad de la barrera 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; cocultivo triple 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 basales fueron de aproximadamente 15 kΩ en promedio. Tras 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, lo que demuestra una pérdida medible de la integridad de la barrera.
- Los valores de TEER se más que duplicaron 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, lo que demuestra la capacidad de la plataforma para detectar la alteración aguda de la barrera por inflamación.
- Se observaron diferencias estadísticamente significativas entre todos los grupos experimentales, pese al 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 el daño de una BHE compleja. La plataforma SynBBB se utilizó para cultivar células primarias de BHE en cocultivo triple y mostró una maduración progresiva de la barrera, con un aumento de la TEER de aproximadamente 14–15 kΩ en condiciones basales a aproximadamente 25–26 kΩ tras 72- -horas de cultivo. Tras la exposición a TNF-α, la resistencia disminuyó a aproximadamente 21–22 kΩ, lo que indica una alteración de la integridad de la BHE.
- El modelo de cocultivo triple primario mostró un fortalecimiento de la BHE fisiológicamente pertinente a lo largo de 72 horas, en consonancia con las interacciones coordinadas entre células endoteliales, astrocitos y pericitos.
- El estímulo con citocinas indujo una clara reducción de la TEER, lo que confirmó la capacidad de respuesta del modelo al estrés inflamatorio y la sensibilidad de la plataforma a perturbaciones sutiles de la BHE.
- 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 TEER en los sistemas de órgano en chip mediante la arquitectura de electrodos integrados de WPI ofrece una ventaja importante frente a las sondas manuales tradicionales, que requieren posicionamiento manual, introducen variabilidad entre operadores y alteran las condiciones de cultivo con cada medición. Los electrodos integrados permanecen fijos dentro del dispositivo, lo que permite una monitorización continua, manos libres y no invasiva, con una geometría de electrodos constante y una estabilidad de señal superior, aspectos fundamentales para detectar cambios sutiles en la función de la barrera. Tanto en monocultivos como en tricultivos endoteliales, este método registró aumentos claros de TEER durante la maduración de la barrera y descensos rápidos tras la exposición a un estímulo inflamatorio, lo que demuestra la importancia de incorporar TEER como lectura funcional en tiempo real. La integración de la medición de TEER directamente en la plataforma de cultivo garantiza una mayor calidad de los datos, una mejor reproducibilidad y una interpretación más precisa de la dinámica de la barrera en respuesta a estímulos biológicos o farmacológicos.
Aquí demostramos que EVOM™ Chip puede detectar con sensibilidad los aumentos de TEER que reflejan la maduración de la barrera tanto en modelos celulares de monocultivo como de tricultivo en chips microfluídicos SynBBB, además de cuantificar el efecto de las citocinas al inducir una respuesta inflamatoria y dañar la barrera hematoencefálica. En ambos modelos, se observó una disminución de TEER tras el tratamiento con TNF-α, en consonancia 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 mediciones TEER estandarizadas en modelos de barrera específicos de órganos, lo que permite aplicaciones en el cribado de fármacos [iincluido el cribado de alto rendimiento con
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 la barrera hematoencefálica.
