Applicazioni della misurazione TEER nella scoperta di farmaci
La resistenza elettrica transepiteliale/transendoteliale (TEER) è una tecnica utilizzata nella ricerca moderna e nella scoperta di farmaci per misurare la resistenza elettrica attraverso un monostrato cellulare, influenzata dalle giunzioni strette tra le cellule adiacenti. La misurazione della TEER è comunemente utilizzata per valutare le proprietà di barriera degli strati cellulari epiteliali ed endoteliali ed è diventata uno strumento essenziale per valutare la biologia dei tessuti, la patologia delle malattie e la sicurezza e l’efficacia dei farmaci e dei sistemi di rilascio dei farmaci. I ricercatori utilizzano la TEER per misurare qualitativamente l’integrità dei tessuti di barriera, come quelli che rivestono intestino, polmoni, reni, organi riproduttivi, cervello e altri organi, e per misurare quantitativamente la confluenza cellulare. In questo articolo esaminiamo l’uso attuale della TEER nella ricerca e nella scoperta di farmaci, comprese le sue applicazioni, i vantaggi e i limiti.
Principio della misurazione della TEER
La misurazione della TEER si basa sul principio che un monostrato cellulare agisce da barriera elettrica e che la resistenza al passaggio della corrente elettrica è proporzionale all’integrità della barriera cellulare. La misurazione viene eseguita utilizzando una serie specializzata di elettrodi composta da due coppie di elettrodi separate da uno spazio. Ogni coppia è costituita da due elettrodi: uno applica la corrente elettrica e l’altro rileva la tensione. Una coppia di elettrodi viene posizionata sul lato apicale del monostrato cellulare e l’altra sul lato basolaterale.
Una corrente di intensità molto bassa (10 µA) viene quindi fatta passare tra gli elettrodi di corrente e la caduta di tensione attraverso lo spazio viene misurata con gli elettrodi di tensione. La resistenza del monostrato cellulare viene calcolata utilizzando la legge di Ohm, secondo cui la resistenza è uguale alla tensione divisa per la corrente.
[R=V/I, dove R è la resistenza misurata, V è la tensione attraverso la membrana e I è la corrente applicata attraverso la membrana.]
Applicazioni della TEER
Una delle principali applicazioni della misurazione della TEER è lo studio della funzione di barriera cellulare. Questa tecnica può essere utilizzata per valutare l’integrità degli strati cellulari epiteliali ed endoteliali, essenziali per il mantenimento delle funzioni fisiologiche di tessuti e organi. Per esempio, la barriera ematoencefalica (BBB) è uno strato specializzato di cellule endoteliali che separa il cervello dal sistema circolatorio. La BBB svolge un ruolo fondamentale nel proteggere il cervello dalle sostanze nocive, ma limita anche il rilascio di farmaci nel cervello. La misurazione della TEER può essere utilizzata per valutare la permeabilità della BBB e selezionare i farmaci candidati in base alla loro capacità di attraversare la barriera, poiché la resistenza elettrica è inversamente proporzionale alla conduttanza.
Poiché si conoscono i valori normali di TEER per una varietà di tessuti e sistemi di organi, la TEER è una misurazione fondamentale da considerare nella modellizzazione di diverse malattie. Le misurazioni della TEER possono essere utilizzate per riprodurre le condizioni fisiologiche dei tessuti normali e studiare l’impatto di diverse malattie sulla funzione di barriera epiteliale. Tra le malattie note per compromettere la funzione di barriera figurano:
- Malattie infiammatorie intestinali, come il morbo di Crohn e la colite ulcerosa.
- Malattia celiaca.
- Malattie respiratorie, tra cui asma, BPCO e fibrosi cistica.
- Malattie renali e danno renale.
- Disturbi neurologici, come la sclerosi multipla e l’ictus.
- Malattie infettive causate da batteri, virus e parassiti.
- Cancro e metastasi tumorali.
La misurazione della TEER è utile anche negli studi sul rilascio dei farmaci e sulla permeabilità terapeutica. I sistemi di rilascio dei farmaci sono progettati per aumentarne l’efficacia e la sicurezza controllandone il rilascio e indirizzandoli verso tessuti e cellule specifici. La misurazione della TEER può essere utilizzata per valutare la capacità dei sistemi di rilascio dei farmaci di attraversare gli strati cellulari epiteliali ed endoteliali e la loro efficacia nel rilasciare i farmaci nel sito d’azione desiderato. Per esempio, i liposomi sono un tipo di sistema di rilascio dei farmaci che può essere utilizzato per incapsulare i farmaci e trasportarli a tessuti specifici. La misurazione della TEER può essere utilizzata per valutare la capacità dei liposomi di attraversare le barriere cellulari e di rilasciare i farmaci nel sito d’azione desiderato. Misurando la TEER prima e dopo l’esposizione al farmaco, i ricercatori possono determinare se il farmaco ha attraversato lo strato cellulare e se ne ha compromesso l’integrità.
La TEER può essere utilizzata anche per valutare la tossicità di farmaci e altri composti. Se un farmaco o un composto provoca una diminuzione della TEER misurata, ciò dimostra una compromissione del tessuto di barriera e indica che il farmaco o il composto potrebbe essere tossico. La TEER può inoltre essere utilizzata come strumento di screening nella scoperta di farmaci per identificare i composti e le relative concentrazioni efficaci in grado di migliorare o mantenere l’integrità degli strati cellulari epiteliali. Ciò può essere particolarmente utile nello sviluppo di farmaci per il trattamento di malattie caratterizzate da barriere epiteliali compromesse, come le malattie intestinali infiammatorie o ulcerative. Le misurazioni della TEER possono anche essere impiegate come strumento di controllo qualità nella produzione di dispositivi biomedici e prodotti terapeutici, come organi artificiali e sistemi di rilascio dei farmaci, che richiedono una barriera epiteliale stabile e funzionale.
Vantaggi della TEER nella valutazione della funzione di barriera cellulare
La misurazione della TEER offre diversi vantaggi rispetto ad altri metodi utilizzati per valutare la funzione di barriera cellulare. Uno dei vantaggi più significativi è che fornisce misurazioni quantitative in tempo reale della funzione di barriera cellulare e che l’impostazione sperimentale è semplice. A differenza di altri metodi, come i test di permeabilità, la misurazione della TEER non richiede l’uso di marcatori fluorescenti o radioattivi, che possono interferire con la funzione cellulare e alterare i risultati. Inoltre, la misurazione della TEER è una tecnica non distruttiva che consente di monitorare nel tempo la funzione di barriera cellulare e di ripetere le misurazioni senza danneggiare le cellule. Ciò è particolarmente utile negli studi longitudinali che mirano a valutare gli effetti di farmaci e altri interventi sulla funzione di barriera cellulare. La TEER è inoltre conveniente e facile da eseguire, caratteristiche che la rendono un test di riferimento nei laboratori di ricerca e farmaceutici.
Limiti della misurazione della TEER
La misurazione della TEER presenta alcuni limiti da considerare per definire un’impostazione sperimentale adeguata e ottenere risultati ottimali, nonché per stabilire quali ulteriori studi possano essere necessari per superarli. Uno dei limiti della TEER è che misura solo la resistenza del monostrato cellulare e non fornisce informazioni sulla struttura e sulla composizione della barriera. Per comprendere la causa alla base del cambiamento delle proprietà fisiologiche, possono essere necessari studi molecolari, come quelli sulla localizzazione e sull’espressione delle proteine.
La misurazione della TEER è sensibile a fattori ambientali, come temperatura, umidità e pH, che possono influenzare la resistenza del monostrato cellulare. Lasciare acclimatare tutti i campioni per 15 minuti a una temperatura stabile e in condizioni ambientali controllate prima di effettuare le misurazioni dovrebbe attenuare gli effetti dei fattori ambientali sui valori di TEER.
La misurazione della TEER può essere influenzata anche dalla presenza di componenti della matrice extracellulare (ECM), come collagene e fibronectina, che possono modificare le proprietà elettriche del monostrato cellulare. Includendo un bianco appropriato e sottraendone il valore, è possibile ridurre o eliminare dai dati finali di TEER l’effetto dei rivestimenti proteici dell’ECM o della presenza di queste proteine nei campioni.
Tecnologia TEER di WPI
La misurazione della TEER è uno strumento essenziale nella ricerca moderna e nella scoperta di farmaci. La TEER fornisce misurazioni in tempo reale della funzione di barriera cellulare e può essere utilizzata per comprendere la fisiologia normale, studiare la patologia delle malattie e valutare la sicurezza e l’efficacia delle terapie per l’uso clinico. World Precision Instruments (WPI) ha aperto la strada alla scienza della misurazione della TEER oltre 30 anni fa e oggi la famiglia di prodotti EVOM™ per la misurazione della TEER è progettata per misurazioni rapide, riproducibili e ad alto rendimento a supporto dello sviluppo dei farmaci. La tecnologia TEER della famiglia EVOM™ di WPI è citata in oltre 16.000 riviste scientifiche sottoposte a revisione paritaria. Se avete domande sulla TEER, chiamateci al (866) 606-1974 o scriveteci all’indirizzo wpi@wpiinc.com. Ci piacerebbe sapere come utilizzate la misurazione della TEER.