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药物代谢与营养吸收评价系统

20 世纪40 年代末期至50 年代初期,丹麦学者Hans Ussing开始利用尤斯灌流(Ussing Chamber)方法研究上皮组织的离子转运。目前,其应用主要集中在药学领域,通过微电极检测细胞膜离子通道的电流变化,对肠道药物吸收、通透性和分泌情况进行研究。随着Ussing Chamber在工艺设计方面的不断完善,其应用也愈来愈广泛,并且逐渐在畜禽营养与生理学研究领域得到了广泛应用。
 


仪器配置
Ussing Chamber 灌流系统由灌流小室、电子系统、数据采集系统以及配套系统四个部分组成。常见的灌流小室配备有1、2、4和8 通道。根据工艺不同,又分为循环式和持续式灌流室。
 
WPI 公司尤斯灌流系统属于经典的持续式灌流小室结构,它包括两个溶液贮液器,通过聚乙烯管道将溶液引入两个半室,并通过阀门控制流速。而循环式灌流室包括一个U 形管道和两个半室,两个半室中间是一个可嵌合组织样本且可移动的插件。
 
电子系统包括用于测量跨上皮电压和电流电极、与电压/电流钳相连的导线以及电压/电流钳。电压/电流钳由非常灵敏的前置信号放大器、电流和流体阻抗补偿范围、用于电导/电阻测量的脉冲发生器、可通过计算机进行仪器控制和数据采集的远程接口以及LED读数显示器组成。
 
数据采集系统是一套综合的数据采集与分析软件包,由数据采集硬件、接口电缆及DATATRAX软件包组成。配套系统包括恒温水浴箱、5%CO2+95%O2 混合气体循环系统和注射器等。

应用研究
1、用于药物代谢动力学的研究:如研究药物在胃肠道的吸收,转运机制;或药物经皮肤吸收,转运机制的研究;
2、用于胃肠道异常功能的研究:正常胃肠道粘膜组织或非正常的胃肠道粘膜组织,如缺血缺氧、炎症反应、营养障碍等微生态环境改变时导致的胃屏障功能的变化;
3、用于营养物质转运机理研究:对葡萄糖、小肽、游离脂肪酸、氨基酸和矿物质元素等物质吸收转运效率的研究;
4、用于其它上皮组织的研究:
● 肾小管内皮细胞对营养物质或药物的排泌功能研究;
● 皮肤上皮细胞对营养物质和药物的吸收机能的研究;
● 其它组织包括大鼠结肠、小鼠回肠、青蛙皮肤、气管平滑肌、牛眼视网膜、兔膀胱壁、支气管粘膜等。

工作原理及特点
1、上皮细胞电生理基础
上皮组织由密集排列的上皮细胞和少量细胞间质组成,具有极性和紧密连接,这也是区别于其他组织的两大特征。极性是因为细胞游离面(或顶面)和基底面结构和功能的分布不均造成的;而紧密连接又称闭锁小带,常见于单层柱状上皮和单层立方上皮中,位于相邻细胞间隙的顶端侧面,紧密连接除具机械连接作用外,更重要的是封闭细胞间隙,阻止细胞外的大分子物质经细胞间隙进入组织内。紧密连接的形状和渗透性决定上皮组织的完整性以及对物质的阻抗力(Rt)。上皮细胞膜上的蛋白质逆着离子浓度梯度将离子从膜的一侧转运向另一侧,转运过程中产生跨膜电势,被称为Vt。产生Vt 的前提是上皮细胞膜顶侧和基底侧离子的分布是不均匀的。细胞膜顶侧电势(Va)和基底侧电势(Vb)之差即为Vt。通过对上皮细胞钳制电流可完成Vt 的测定,这就是通常所说的短路记录,在研究上皮物质的吸收以及分泌机制方面极为有用。对于吸收组织,Va 主要由Na+通道活性决定;而对于分泌组织,Vb 则主要受Cl-导电性能决定。

2、Ussing Chamber
WPI经典的Ussing Chamber操作简单,容易控制温度,清洗及排放方便;Ussing Chamber由固体丙烯酸制成,8个接口(如有排液功能则为9个接口),分别为液体入(液体出,有排液功能者)、电极连接、琼脂桥连接。接口均为LUER形,方便电极、连接管的无渗漏连接。其中四个电压和电流的电极接口是凹形,可避免小室中气泡形成。小室两侧各有一个液体分隔小室,由上皮膜隔开,不同型号的小室分隔体积会有区别,见说明。

3、循环贮液器
循环贮液器由硼硅玻璃材料吹制而成,为一个夹层结构,用于温度的控制。有两个规格:#5210为20ml/侧;#5362为10ml/侧,(容量小更适合使用昂贵的化学品)。贮液器的凝集管帽可以防止气泡及湍流的形成。

4、恒温水浴
■ 带有LED 温度显示(0.1℃分辨率);
■ 不锈钢浴槽,PID 温度控制;
■ 高温和干燥运行时,系统自动进行停止防护;
■ 如果有需要,可以进行系统容量扩展;
■ 内部浴槽可以同时运用于更小的物体上;
■ 可用自来水连接建立冷凝管降温;(自来水冷凝标准参数范围:20-100℃)

5、跨膜电阻仪:EVOM2
EVOM2是最新一代用于特异性完成组织培养研究中TEER测量的电阻仪,与第一代的EVOM相比具有操作更简单,使用更轻松的特点。EVOM2不仅可以定性地测量单层贴壁细胞的健康状态,而且也能定量地测量单层细胞的融合情况。
独特的EVOM2 电路设计和STX2电极的完美结合,让其可以监测单层细胞的融合状态,当与WPI 公司设计的单个小室结合使用时,它也可以用来完成更加精确的定量测量或更低电阻的测量,如血脑屏障(BBB)内皮生长电阻测量。
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