本文档属于类型b（科学论文，非单一原创研究报告），是一篇发表在nature biomedical engineering（2025年4月，第9卷）上的综述性论文，题为《健康与疾病状态下血脑屏障体外模型的组成与特性荟萃分析》。作者团队来自美国多所知名机构，包括马里兰大学菲舍尔生物工程系、国家癌症研究所RNA生物学实验室、梅奥诊所神经外科等，通讯作者为Alfredo Quiñones-Hinojosa和Xiaoming He。

论文主题与背景

本文聚焦于血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）的体外模型构建，旨在通过系统性荟萃分析，总结现有模型的组成（细胞类型、培养方法、生物材料等）与功能特性（通透性、跨内皮电阻等），并为未来模型设计提供数据驱动的标准化建议。BBB是中枢神经系统（CNS）的关键结构，其选择性通透性在药物递送和疾病治疗中面临重大挑战。然而，当前动物模型与人体差异显著，且体外模型缺乏统一标准，亟需全面评估。

主要观点与论据

1. BBB的生理结构与疾病关联

论文首先详细阐述了健康与疾病状态下BBB的解剖学特征：
- 健康BBB由脑微血管内皮细胞（BMECs）、周细胞（pericyte）和星形胶质细胞（astrocyte）组成，通过紧密连接（tight junction）蛋白（如claudin-5、occludin）维持低通透性。
- 疾病BBB（如胶质母细胞瘤GBM、阿尔茨海默病AD、帕金森病PD）表现为紧密连接破坏或血管异常增生。例如，GBM中血管内皮生长因子（VEGF）导致血管渗漏，而AD中淀粉样斑块（amyloid-β）引发内皮退化。
支持证据：引用临床数据（如GBM患者肿瘤区域BBB完整性差异）和病理研究（如AD患者脑内皮GLUT1转运体功能受损）。

2. 细胞外基质（ECM）对BBB功能的影响

• 大脑ECM的机械特性（模量0.1–1.0 kPa）显著低于其他组织，且组成独特（以透明质酸、层粘连蛋白为主）。
  
• ECM化学信号（如层粘连蛋白受体）可增强跨内皮电阻（TEER），而疾病状态（如GBM）中ECM硬化（模量1–100 kPa）可能促进肿瘤微环境形成。
  支持数据：实验显示，BMECs在层粘连蛋白基质中TEER值升高；GBM组织胶原蛋白I含量增加。

3. 体外模型类型与优化策略

论文对比了三种主流模型：
- Transwell模型：静态培养，操作简单，但膜材料（如聚碳酸酯）硬度与生理基底膜差异大。
- 微流控模型：动态剪切力（~10–20 dyne/cm²）更接近生理条件，可显著提高TEER（如动态培养TEER比静态高1.8倍）。
- 类器官/球体模型：三维结构模拟细胞接触，但难以实时测量通透性。
荟萃分析结果：
- 细胞组合：内皮细胞+周细胞（E-P）共培养可降低通透性至单培养的27%；加入神经元（E-A-N）可能因电荷运输增加通透性（微流控模型达196%）。
- 剪切力：动态培养使TEER提升43%（p=0.03），但需控制生理范围内（10–20 dyne/cm²）。

4. 诱导多能干细胞（iPSC）的应用前景

• iPSC分化的BMECs比原代细胞更接近生理TEER值（5,555 vs. 283 Ω·cm²）。
  
• 患者特异性建模：iPSC可衍生AD神经元（沉积Aβ斑块）或PD神经元（α-突触核蛋白聚集），助力个性化药物筛选。
  案例：iPSC来源的周细胞（中胚层 vs. 神经嵴谱系）对TEER影响不同，提示谱系选择的重要性。

5. 疾病模型构建的挑战与方向

• GBM模型需模拟血管异常增生和肿瘤干细胞（GSCs）的血管周生态位。
  
• 神经退行性疾病模型应体现Aβ或α-突触核蛋白的病理积累与BBB渗漏关联。
  数据缺口：目前多数模型未长期维持高TEER（>1,500 Ω·cm²），且缺乏标准化分子标记检测。

论文价值与意义

1. 学术价值：首次系统性荟萃分析BBB体外模型的组成与功能参数，揭示细胞比例、剪切力和ECM材料的关键作用，填补领域空白。
   
2. 应用价值：为FDA现代化法案2.0（减少动物试验）提供技术支撑，推动高通量药物筛选和个性化医疗。
   
3. 方法论创新：提出动态微流控+iPSC衍生细胞的优化路径，并强调需联合通透性与TEER多指标评估屏障完整性。
   

亮点总结

• 数据驱动：整合1999–2024年数据，量化比较模型性能（如E-P-A三培养通透性降低70%）。
  
• 跨学科视角：融合生物工程、神经科学和临床医学，针对GBM、AD等疾病提出特异性建模框架。
  
• 转化医学：指出iPSC技术可解决原代细胞来源限制，加速临床前研究向人体试验转化。
  

（注：全文未包含的补充材料涉及具体实验协议和统计分析代码，可参考原文附件。）