系統(tǒng)自20世紀(jì)50年代由HansUssing提出以來,已成為研究藥物腸道吸收和屏障功能的金標(biāo)準(zhǔn)體外模型。這一技術(shù)通過模擬體內(nèi)環(huán)境,為藥物開發(fā)早期階段的滲透性評(píng)估提供了可靠且經(jīng)濟(jì)的解決方案。隨著制藥行業(yè)對(duì)高通量篩選需求的增加,尤斯灌流系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值日益凸顯。
尤斯灌流系統(tǒng)的基本組成包括擴(kuò)散池、生物膜、灌流液和監(jiān)測(cè)設(shè)備。擴(kuò)散池通常由兩個(gè)腔室組成,分別代表腸腔側(cè)和漿膜側(cè),中間由待研究的生物膜分隔。灌流液在兩側(cè)腔室中循環(huán),模擬體內(nèi)血液和腸腔液體的流動(dòng)。監(jiān)測(cè)設(shè)備則用于實(shí)時(shí)記錄跨膜電位、電阻和離子流量等參數(shù)。
系統(tǒng)操作流程始于生物膜的制備與安裝。常用的小腸組織或培養(yǎng)細(xì)胞膜被小心安裝在兩個(gè)腔室之間,確保密封性。隨后,兩側(cè)腔室分別加入特定成分的灌流液,通常漿膜側(cè)為生理鹽水,腸腔側(cè)則根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求可能含有待測(cè)藥物。系統(tǒng)溫度維持在37℃,并通過氣體混合器提供適當(dāng)?shù)难鯕夂投趸急壤?/div>
系統(tǒng)模擬腸道吸收的生理機(jī)制主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:首先,它復(fù)制了腸道上皮的屏障功能,通過測(cè)量跨膜電阻評(píng)估組織完整性;其次,它模擬了腸道中的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和被動(dòng)擴(kuò)散過程;最后,通過調(diào)節(jié)灌流液的成分和流速,可以研究不同生理?xiàng)l件下藥物的吸收特性。這種高度可控的實(shí)驗(yàn)環(huán)境使研究人員能夠精確分析藥物滲透的機(jī)制和影響因素。
二、影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素
膜選擇是決定系統(tǒng)性能的首要因素。天然組織膜(如大鼠小腸)與人工培養(yǎng)細(xì)胞模型各有優(yōu)劣:天然膜更接近體內(nèi)環(huán)境但變異較大;Caco-2細(xì)胞模型則具有更好的重現(xiàn)性但可能缺少某些轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)。膜孔徑、厚度和表面特性直接影響藥物的滲透速率和機(jī)制研究準(zhǔn)確性。研究表明,0.3-1.0μm的孔徑范圍適合大多數(shù)藥物轉(zhuǎn)運(yùn)研究。
流體動(dòng)力學(xué)條件對(duì)系統(tǒng)性能的影響不容忽視。灌流速度不僅影響營養(yǎng)供應(yīng)和廢物清除,還通過改變邊界層厚度來影響藥物滲透。通常,漿膜側(cè)流速保持在5-15mL/min,腸腔側(cè)略低以模擬腸道蠕動(dòng)。溫度必須精確控制在37±0.5℃,pH維持在7.4左右,這些參數(shù)的微小偏差都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性顯著變化。
組織完整性維護(hù)是獲得可靠數(shù)據(jù)的前提。跨膜電阻(TEER)是評(píng)估組織完整性的關(guān)鍵指標(biāo),一般要求大于300Ω·cm²。營養(yǎng)供應(yīng)方面,葡萄糖和氨基酸的適當(dāng)補(bǔ)充對(duì)維持細(xì)胞活力至關(guān)重要。此外,預(yù)防細(xì)菌污染和氣泡形成也是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。研究表明,添加抗生素和嚴(yán)格的無菌操作可將污染風(fēng)險(xiǎn)降低90%以上。
三、系統(tǒng)優(yōu)化與應(yīng)用案例
系統(tǒng)的性能優(yōu)化需要綜合考慮多個(gè)參數(shù)。溫度控制精度應(yīng)達(dá)到±0.1℃,這可通過水浴循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。氣體供應(yīng)通常采用95%O?和5%CO?混合,流速控制在1-2L/min。采樣時(shí)間點(diǎn)的設(shè)計(jì)需平衡數(shù)據(jù)密度和組織耐受性,一般不超過4小時(shí)。數(shù)據(jù)分析時(shí),應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)化的表觀滲透系數(shù)(Papp)計(jì)算公式:Papp=(dQ/dt)/(A×C?),其中dQ/dt為滲透速率,A為膜面積,C?為初始濃度。
在應(yīng)用案例方面,尤斯灌流系統(tǒng)已成功用于各類藥物滲透性研究。例如,某研究團(tuán)隊(duì)利用該系統(tǒng)比較了10種β-受體阻滯劑的腸道吸收差異,結(jié)果與體內(nèi)數(shù)據(jù)相關(guān)性達(dá)0.89。另一項(xiàng)研究通過改變灌流液pH,揭示了弱酸藥物吸收的pH依賴性。這些案例證明了系統(tǒng)在預(yù)測(cè)藥物體內(nèi)表現(xiàn)方面的可靠性。