尤斯灌流室(UssingChamber),也叫尤斯室,是離體條件下研究上皮組織跨膜轉運、屏障功能的經典實驗裝置,多用于腸道、鼻粘膜、角膜、氣道上皮組織以及體外培養上皮細胞單層的實驗,可同時開展物質滲透通量測定與上皮電生理參數檢測。整套裝置主要由一對分離的半灌流腔室、組織固定夾、恒溫循環單元、通氣系統、電壓?電流鉗電極組件組成,離體上皮樣本被夾緊固定在兩個獨立腔室中間,把腔室分隔為黏膜側與漿膜側兩個互不連通的空間。
一、流體與組織活性維持原理
兩個半腔室內裝入生理緩沖溶液,水浴恒溫系統將溶液維持在生物生理溫度,一般設置37℃。持續通入混合碳合氣體,一方面為離體上皮組織供氧,維持細胞活性,緩沖體系pH保持生理穩定;另一方面氣泡攪動腔體內液體,實現溶液循環混勻,避免組織表面出現濃度邊界層,保證物質交換充分進行。
兩個腔室可以獨立加藥,待測物質加至其中一側腔室,物質依靠擴散、上皮主動轉運穿過組織屏障,在另一側腔室定時取樣檢測,得到物質跨上皮的轉運速率、表觀滲透系數,以此評價藥物吸收、營養物質轉運、黏膜通透性水平。既可以測試從黏膜側向漿膜側的吸收過程,也可以反向測試分泌轉運過程。
二、電生理測量核心原理
上皮組織細胞存在離子主動轉運,會在組織兩側產生天然跨上皮電位差PD。系統配備兩對電極,一對電壓電極用于采集跨上皮電位;另一對電流電極用于施加補償電流,外接電壓電流鉗控制器。
1.短路電流Isc:控制器施加補償電流,把跨上皮電位抵消調至零,此時的補償電流就是短路電流,代表上皮組織凈離子主動轉運水平,可以反映離子通道活性、藥物對離子轉運的調控效果。
2.跨上皮電阻TEER:向組織施加交變電流,測量電位變化,計算得到跨上皮電阻。電阻數值直接反映上皮屏障完整性,組織屏障受損、細胞間隙開放,電阻數值就會下降;組織屏障完整,電阻維持較高水平,是評價上皮損傷、黏膜完整性的關鍵指標。
三、兩種實驗模式
1.通量轉運實驗模式:側重測定藥物、小分子、營養物質跨組織滲透量,定時采集受體側溶液,通過分析儀器測定樣品濃度,計算轉運通量與滲透參數。
2.電生理記錄模式:持續記錄跨上皮電位、短路電流、跨上皮電阻,觀察藥物、刺激物作用之后上皮離子轉運與屏障功能的動態變化,研究離子通道、受體介導生理反應。兩種模式可以同步開展,同時獲取滲透數據和電生理信息。
四、核心結構分工
1.半腔室:分為黏膜側、漿膜側,相互隔離,樣本夾壓緊密封,杜絕溶液從組織邊緣滲漏,滲漏會直接造成實驗數據失效。
2.恒溫模塊:通過水浴夾層維持溶液溫度,保證離體組織細胞生理活性。
3.通氣組件:通入氧氣與二氧化碳混合氣,實現供氧、pH緩沖與液體攪拌。
4.電壓電流鉗系統與電極:完成電位、電流信號采集與電信號補償,獲取電生理指標。
5.樣本固定滑塊夾具:用來夾持離體組織或細胞培養膜,確定有效滲透面積,不同夾具對應不同暴露面積的樣本。
五、主要技術特點
該裝置保留真實上皮組織結構,同時存在被動擴散與細胞主動轉運過程,相比人工合成膜體外滲透模型,更貼近體內黏膜真實轉運情況。既可以評價藥物口服、黏膜給藥的吸收潛力,也可以研究黏膜損傷、炎癥、屏障修復、離子轉運機理。
離體組織存活時間有限,僅可維持數小時實驗;操作對組織標本完整性要求高,組織出現破損會直接造成電阻異常、滲透結果失真;通量實驗需要定時取樣,通量較低的物質對檢測儀器靈敏度有一定要求。
六、典型應用方向
用于新藥研發中藥物腸道吸收、鼻粘膜透膜性能評價;腸道生理、離子通道機理研究;黏膜屏障損傷、炎癥模型評價;營養物質吸收轉運研究;角膜、呼吸道上皮組織生理藥理實驗。