近日，倫敦帝國理工學院抗菌藥物優(yōu)化中心，倫敦衛(wèi)生和熱帶醫(yī)學學院傳染病和熱帶病學院Alaa Riezk et al.研究團隊，利用英國Kirkstall 3D 活細胞自動灌流培養(yǎng)系統(tǒng)模擬生理流體流動，對比了靜態(tài)和動態(tài)培養(yǎng)條件下巨噬細胞的反應及抗利什曼原蟲納米藥物的療效，強調了流體流動動力學在體外研究中的重要性，為皮膚利什曼病治療策略的優(yōu)化提供了參考。

 一. 研究背景：
利什曼病是由利什曼原蟲引起的寄生蟲病，包括內(nèi)臟利什曼病和皮膚利什曼病等，現(xiàn)有治療手段存在局限且新藥研發(fā)不足。傳統(tǒng)靜態(tài)細胞培養(yǎng)系統(tǒng)無法模擬體內(nèi)動態(tài)環(huán)境，而動態(tài)培養(yǎng)系統(tǒng)能更好地模擬細胞在體內(nèi)的生理條件，有助于更準確地研究細胞行為和病原體相互作用。本研究旨在探究Kirkstall 3D 活細胞自動灌流培養(yǎng)系統(tǒng) 模擬的動態(tài)流體灌注，對巨噬細胞功能及基于殼聚糖的抗利什曼原蟲制劑療效的影響。

 二. 主要實驗儀器/關鍵實驗步驟描述：
 1. 實驗準備階段    
 1.1 選擇實驗系統(tǒng)：選用英國Kirkstall QV介質灌注系統(tǒng)，其六腔光學托盤可實現(xiàn)細胞在不同介質灌注速率下的培養(yǎng)，且能直接觀察感染細胞并持續(xù)監(jiān)測感染情況。為模擬人體間質液條件，通過數(shù)學和計算模型確定插入塊高度，以確保細胞表面流速符合皮膚間質液流速范圍。實驗設置了靜態(tài)（0 m/s）、慢速（\(1.45×10^{-9}m/s\) ，細胞位于腔室底部）和快速（\(1.23×10^{-7}m/s\) ，細胞位于插入塊上）三種流動條件   
1.2細胞與寄生蟲培養(yǎng)：利什曼原蟲（L. major，MHOM/SA/85/JISH118）的無鞭毛體從感染小鼠皮膚損傷處分離并轉化為前鞭毛體，在添加10%熱滅活胎牛血清（HiFCS）的Schneider昆蟲培養(yǎng)基中于26°C培養(yǎng)，定期通過BALB/c小鼠傳代，實驗使用低代數(shù)（<3代）前鞭毛體。從6 - 8周齡雌性BALB/c小鼠獲取骨髓來源的巨噬細胞（BMMs） ，從8 - 10周齡雌性CD1小鼠獲取腹腔巨噬細胞（PEMs） 。THP - 1細胞在添加L - 谷氨酰胺和10% HiFCS的RPMI - 1640培養(yǎng)基中，于37°C、5% \(CO_2\) 培養(yǎng)箱培養(yǎng)，每周按1/10比例傳代，用20 ng/mL佛波酯12 - 肉豆蔻酸13 - 乙酸酯（PMA）處理24小時誘導分化為巨噬細胞。  
2. 感染巨噬細胞：將巨噬細胞（PEMs、BMMs、THP - 1細胞）以每孔\(4×10^5\) 個細胞的密度接種在24孔板的12mm圓形玻璃蓋玻片上，在RPMI - 1640培養(yǎng)基（含10% HiFCS）中于37°C、5% \(CO_2\) 孵育24小時。之后，加入不同濃度的L. major前鞭毛體（使寄生蟲與巨噬細胞比例在0.5:1至15:1之間），在34°C、5% \(CO_2\) 環(huán)境下繼續(xù)孵育24小時。隨后，將三分之二的玻璃蓋玻片轉移至QV900系統(tǒng)進行動態(tài)培養(yǎng)，其余作為靜態(tài)對照，在相同溫度和\(CO_2\) 濃度下繼續(xù)培養(yǎng)72小時。培養(yǎng)結束后，用甲醇固定細胞，并用吉姆薩染色 。 

3. 測量巨噬細胞功能  
3.1吞噬作用：利用2μm直徑的熒光紅色標記乳膠珠評估巨噬細胞的吞噬作用。巨噬細胞感染L. major前鞭毛體并在不同流動條件下孵育0.5 - 24小時后，用冰冷PBS洗滌去除未內(nèi)化的珠子，再用0.5% Triton X - 100和0.2 M NaOH裂解細胞。通過熒光酶標儀（激發(fā)波長575nm，發(fā)射波長610nm）分析細胞裂解物，以確定吞噬的乳膠珠數(shù)量，并根據(jù)細胞蛋白含量（使用Micro BCA蛋白試劑盒測定）進行標準化。實驗設置了細胞松弛素D（1μg/ml）抑制吞噬作用的對照組 。    
 3.2巨胞飲作用：采用pHrodo Red葡聚糖（在酸性環(huán)境中發(fā)熒光）測量巨噬細胞的巨胞飲作用。巨噬細胞感染寄生蟲后在不同流動條件下培養(yǎng)，用Live Cell Imaging Solution洗滌三次，然后在含10% HiFCS和40μg/mL pHrodo Red葡聚糖的RPMI - 1640培養(yǎng)基中于34°C、5% \(CO_2\) 孵育0.5 - 24小時。孵育結束后再次洗滌細胞，用熒光酶標儀（激發(fā)波長560nm，發(fā)射波長585nm）檢測巨胞飲活性。實驗使用10μg/ml丙嗪（已知的巨胞飲抑制劑）孵育巨噬細胞2小時，以抑制巨胞飲作用，作為對照組 。
 4. 藥物和納米顆粒的制備與表征   
4.1藥物和納米顆粒制備：兩性霉素B（AmB，純度≥95%）用DMSO溶解配制成10mM儲存液，再稀釋于含10%HiFCS的RPMI - 1640培養(yǎng)基中備用。取1g高分子量殼聚糖（MW = 310 - 375kDa）溶解于100mL 1%醋酸溶液，室溫攪拌24小時至澄清，用2M氫氧化鈉調節(jié)pH至6.5。制備納米顆粒時，在攪拌條件下，向10mL殼聚糖溶液中逐滴加入10mL TPP水溶液（制備空白納米顆粒不加AmB，制備載藥納米顆粒則加入0.5mL AmB），攪拌5分鐘后超聲15分鐘以減小粒徑，再通過0.2µm注射器過濾器過濾去除聚集體和較大顆粒，然后用30kDa離心過濾器（Spin - X UF concentrators）離心純化和濃縮，去除未包裹的AmB，最后加入5%蔗糖作為冷凍保護劑進行凍干，48小時后收集凍干的納米顆粒并儲存于4°C 。     
4.2藥物和納米顆粒表征：通過高效液相色譜（HPLC）分析AmB，計算包封率（EE）和藥物負載量。公式分別為：EE（%） = 100×（總AmB重量 - 游離AmB重量）/總AmB重量；藥物負載量（%） = 100×（總AmB重量 - 游離AmB重量）/（殼聚糖重量 + TPP重量） 。使用ZetaSizer測量納米顆粒的平均直徑、zeta電位和多分散指數(shù)，用Malvern ZetaSizer軟件v7.11進行數(shù)據(jù)分析。 

5. 評估介質流動對藥物和納米顆粒療效的影響：將PEMs接種在玻璃蓋玻片上，在靜態(tài)條件下感染前鞭毛體24小時。之后，將三分之二含有感染巨噬細胞的蓋玻片轉移至QV900系統(tǒng)，在34°C、5% \(CO_2\) 培養(yǎng)箱中以360μL/min的流速進行動態(tài)培養(yǎng)，分別設置細胞位于腔室底部（慢速流動，\(1.45×10^{-9}m/s\) ）和位于插入塊上（快速流動，\(1.23×10^{-7}m/s\) ）兩種情況，其余蓋玻片作為靜態(tài)對照。在靜態(tài)感染24小時后，用于藥物活性研究的培養(yǎng)基中添加不同濃度的藥物（殼聚糖溶液、空白殼聚糖 - TPP納米顆粒、載藥AmB的殼聚糖 - TPP納米顆粒、純AmB）。72小時后，取出所有蓋玻片，用甲醇固定、吉姆薩染色，在顯微鏡下計數(shù)感染巨噬細胞數(shù)量，評估藥物對寄生蟲感染的抑制效果，使用Prism軟件（GraphPad）進行非線性S型曲線擬合（可變斜率）分析數(shù)據(jù) 。 

三. 研究結果
- 巨噬細胞功能：感染L. major的巨噬細胞（PEMs、BMMs和THP - 1）的吞噬和巨胞飲作用比未感染細胞顯著增強，且PEMs和BMMs的這兩種功能高于THP - 1細胞。動態(tài)流動條件下，巨噬細胞的吞噬和巨胞飲作用顯著降低，且流速越快，降低越明顯。     
- 抗利什曼原蟲活性：所有制劑在靜態(tài)培養(yǎng)中的抗利什曼原蟲活性均高于動態(tài)培養(yǎng)。隨著流速增加，殼聚糖溶液、空白殼聚糖 - TPP納米顆粒、載藥AmB的殼聚糖 - TPP納米顆粒以及純AmB的抗利什曼原蟲活性均顯著下降 。流體流動動力學對評估巨噬細胞功能和抗利什曼原蟲活性至關重要。流體流動會降低巨噬細胞的吞噬和巨胞飲功能，減少藥物積累，進而降低抗利什曼原蟲藥物的療效。未來研究應進一步探索流體流動對巨噬細胞行為的影響，以完善疾病機制研究和治療策略的開發(fā)。 
參考文獻：Comparative assessment of macrophage responses and antileishmanial efficacy in dynamic vs. Static culture systems utilizing chitosan-based formulations,

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Kirkstall Ltd.成立于2006年，是Braveheart Investment Group plc 的子公司，總部位于英國。Kirkstall開發(fā)了一種創(chuàng)新的微生理系統(tǒng)的器官芯片模型Quasi Vivo®。作為器官芯片技術，Kirkstall已經(jīng)建立了牛津大學生物醫(yī)學工程研究所等著名的大學實驗室的龐大用戶群，產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)享有盛譽。

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