本文属于类型a，即单一原创研究论文。以下是根据原文内容撰写的学术报告。
本研究由来自瑞士西北应用科学与艺术大学（University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland, FHNW）的Floriana Burgio、Carine Gaiser、Laura Suter-Dick，以及比利时UCB Biopharma SRL的Kevin Brady、Viviana Gatta、Reiner Class、Ramona Schrage等人共同完成。该研究于2023年9月12日在线发表于《Cellular and Molecular Neurobiology》期刊，文章标题为《A perfused in vitro human iPSC-derived blood-brain barrier faithfully mimics transferrin receptor-mediated transcytosis of therapeutic antibodies》。该研究建立了一种基于人诱导多能干细胞来源的脑微血管内皮细胞的微流控体外血脑屏障模型，并系统验证了其在转铁蛋白受体介导的抗体转胞吞研究中的适用性。
该研究属于血脑屏障体外模型和生物药物递送研究领域。血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）由脑微血管内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞等多种细胞组成，它能够维持中枢神经系统内环境稳定，但同时也严重阻碍了治疗性抗体等生物大分子进入脑实质。传统的绕过血脑屏障的方法如脑脊液注射往往不能在靶区达到有效治疗浓度。因此，受体介导的转胞吞作用（receptor-mediated transcytosis, RMT）被视为一种具有前景的非侵入性脑内药物递送策略。其中，转铁蛋白受体（transferrin receptor, TfR）在脑微血管内皮细胞顶侧膜上高表达，已成为脑穿梭技术中最重要的靶点之一。然而，抗体的亲和力、结合方式以及细胞内转运命运都会显著影响其跨屏障效率。因此，建立一个具有生理相关性的体外血脑屏障模型，用于评价抗体转胞吞效率并筛选脑穿梭候选分子，是推动该技术转化的关键。该研究的主要目标是利用诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSC）来源的脑微血管内皮细胞（brain microvascular endothelial cells, BMEC）和微流控平台OrganoPlate® 3-lane，构建一种动态灌注的人源体外血脑屏障模型，并证明其可用于选择性转铁蛋白受体介导抗体转胞吞的定量检测。
在具体实验流程方面，该研究主要包括iPSC分化、静态屏障模型验证、动态微流控模型建立、屏障功能表征、受体功能评估以及抗体转胞吞实验等几个环节。首先，研究者对所用的iPSC细胞株SIGi001-A-2进行了多能性验证，包括TaqMan hPSC Scorecard基因表达分析、多能性标志物OCT4、SSEA4、TRA-1-60和SOX2的免疫染色，以及三胚层分化能力的验证。随后，按照Katt等人2016年发表的两步法将iPSC分化为BMEC。在静态Transwell系统中，将300,000个BMEC接种于顶侧，并用或不用20,000个人脑血管周细胞（human brain vascular pericytes, HBVP）进行共培养。经过两天的培养，BMEC单层的跨内皮电阻（transendothelial electrical resistance, TEER）达到1500 Ω·cm²，且荧光示踪剂Lucifer Yellow（LY）的表观渗透系数（apparent permeability, Papp）较无细胞对照降低约6倍。共培养周细胞及撤除bFGF和RA并未进一步提高屏障紧密性，因此后续动态模型仅采用BMEC单培养。在动态模型中，研究者将50,000个BMEC接种至OrganoPlate® 3-lane的顶通道中，该通道由Ⅰ型胶原胞外基质凝胶支撑，并在双向流动条件下产生约1.2 dyne/cm²的剪切应力。培养两天后，通过免疫染色确认紧密连接蛋白Occludin、Claudin-5及ZO-1，转运体Glut1、P-gp、BCRP、MRP1，受体胰岛素受体、LDL受体和转铁蛋白受体，以及内皮标志物CD31和vWF的表达。定量PCR分析显示Glut1表达较高，而ABCB1表达较低但仍可检测。屏障通透性检测中，LY在1小时时的Papp较无细胞芯片低约20倍，Alexa Fluor 488 IgG则低约60倍，表明模型形成了有效的分子筛屏障。为了进一步验证模型的生理功能，研究者使用1.4 M甘露醇诱导高渗性屏障开放，发现处理后LY渗透在15分钟内即增加，30分钟时处理组Papp较未处理组高35倍，但仍较无细胞芯片低3倍，且6小时后屏障恢复，说明该开放具有局灶性和可逆性。在功能实验部分，研究者验证了P-gp外排功能，结果显示在P-gp抑制剂环孢素A（cyclosporin A, CsA）存在时，Rhodamine 123在细胞内的积累增加，2D条件下具有统计学显著性。转铁蛋白受体功能验证中，使用Alexa Fluor 488标记的转铁蛋白进行摄取实验，并通过20倍过量的未标记转铁蛋白竞争抑制证实摄取具有受体特异性。在转胞吞实验中，转铁蛋白和BSA以相同浓度混合后灌注，结果显示BMEC使BSA的Papp降低65倍，而转铁蛋白仅降低5倍，且转铁蛋白的Papp比值较BSA高11倍，证实了受体介导的特异性转运。在最终的抗体转胞吞实验中，研究者将抗人转铁蛋白受体抗体MEM-189和对照羊抗BSA IgG各以1.25 µM的浓度混合后灌注于顶通道，同时加入Texas Red dextran用于实时监测屏障完整性。ELISA定量结果显示，在有BMEC的芯片中，MEM-189的Papp较对照抗体高11倍，而在无细胞芯片中两者扩散相当，说明该转胞吞是受体依赖性的。
本文的主要结论是在微流控动态条件下，仅使用iPSC来源的BMEC单培养即可构建具有生理屏障紧密性、关键分子表达以及功能活性的体外血脑屏障模型。该模型不仅表现出较低的旁细胞通透性和完整的紧密连接屏障，还具备功能性的P-gp外排泵和转铁蛋白受体介导的转胞吞能力。更重要的是，该模型能够区分特异性靶向抗体与非靶向抗体的跨屏障效率，其选择性倍数达到11倍，远超已有文献报道的2倍，证明了其在脑穿梭抗体筛选中的优越性。该研究的科学价值在于提供了一个更简化但高度可靠的人源血脑屏障模型，避免了多细胞共培养系统的复杂性和异源性干扰，同时保持了受体介导转胞吞功能的灵敏性。从药物开发角度而言，该模型有望用于中等通量筛选靶向转铁蛋白受体的脑穿梭抗体，为神经系统疾病生物药物的临床前评价提供关键工具。
本研究的主要亮点在于首次证明iPSC来源的BMEC在Mimetas OrganoPlate®平台中即可用于定量评估选择性抗体受体介导转胞吞。模型在无人工膜条件下，以胶原Ⅰ细胞外基质为支撑，结合流动剪切应力，形成具有管状结构的细胞屏障，并通过多种独立指标全面验证了BBB关键特征。特别是MEM-189与对照抗体之间的11倍Papp差异，远超以往文献中报告的2倍，显示了模型的高灵敏度和强区分能力。此外，甘露醇诱导的可逆性屏障开放实验也说明了模型对于研究BBB病理生理扰动具有一定的应用潜力。整体来看，该研究为体外BBB模型在脑靶向生物药物开发中的应用提供了新的实验证据和方法学参考。