在体外血脑屏障(BBB)药物渗透性研究中,蛋白结合率是决定药物有效穿透的关键参数之一。血浆蛋白(主要是白蛋白和α1-酸性糖蛋白)与药物的结合会显著影响游离药物浓度,从而改变药物的表观渗透性。
根据游离药物假说,只有未与蛋白结合的自由药物分子才能穿透血脑屏障。当药物蛋白结合率超过90%时,可供渗透的有效药物浓度将大幅降低。这种结合作用还可能干扰载体介导的转运过程,例如白蛋白结合会竞争性抑制L-DOPA通过LAT1转运体的跨膜转运。
在实验设计时,必须考虑蛋白结合的影响。建议在培养基中添加5%人血清白蛋白(HSA)以模拟生理环境。以抗癫痫药丙戊酸为例,在含蛋白条件下其结合率检测偏差可控制在15%以内。数据分析时需计算经游离药物校正的渗透系数(Papp,corr=Pappfu),如华法林因其仅1%的游离药物分数,需要将表观渗透系数校正99倍。
这一现象对药物研发具有重要启示。对于蛋白结合率高的靶向药物(如BTK抑制剂),体外实验若忽略蛋白结合因素,可能会严重高估其脑部渗透性。某BTK抑制剂的测试数据显示,在无蛋白培养基中Papp为8.2×10⁻⁶ cms,而添加HSA后骤降至0.9×10⁻⁶ cms(游离分数11%),差异近10倍。
为优化药物设计,可采取两种策略:一是通过结构修饰(如增加极性基团)降低蛋白结合率;二是开发白蛋白纳米载体,利用脑瘤组织中SPARC蛋白的高表达实现靶向递送。这些发现强调,体外BBB渗透性研究必须严格模拟体内蛋白环境,才能获得具有预测价值的实验结果。
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体外BBB模型中的通透性(转胞吞作用)检测平台:
我们用hCMEC/D3, bEnd.3 和U251构建了一系列的体外血脑屏障模型用于检测抗体透过血脑屏障的通透性。
Transwell-BBB模型列表
Ø hCMEC/D3和bEnd.3单细胞模型
Ø hCMEC/D3和U251细胞的共培养模型
Ø bEnd.3和U251细胞的共培养模型