尤斯灌流室(UssingChamber),也叫尤斯室,是离体条件下研究上皮组织跨膜转运、屏障功能的经典实验装置,多用于肠道、鼻粘膜、角膜、气道上皮组织以及体外培养上皮细胞单层的实验,可同时开展物质渗透通量测定与上皮电生理参数检测。整套装置主要由一对分离的半灌流腔室、组织固定夹、恒温循环单元、通气系统、电压‑电流钳电极组件组成,离体上皮样本被夹紧固定在两个独立腔室中间,把腔室分隔为黏膜侧与浆膜侧两个互不连通的空间。
一、流体与组织活性维持原理
两个半腔室内装入生理缓冲溶液,水浴恒温系统将溶液维持在生物生理温度,一般设置37℃。持续通入混合碳合气体,一方面为离体上皮组织供氧,维持细胞活性,缓冲体系pH保持生理稳定;另一方面气泡搅动腔体内液体,实现溶液循环混匀,避免组织表面出现浓度边界层,保证物质交换充分进行。
两个腔室可以独立加药,待测物质加至其中一侧腔室,物质依靠扩散、上皮主动转运穿过组织屏障,在另一侧腔室定时取样检测,得到物质跨上皮的转运速率、表观渗透系数,以此评价药物吸收、营养物质转运、黏膜通透性水平。既可以测试从黏膜侧向浆膜侧的吸收过程,也可以反向测试分泌转运过程。
二、电生理测量核心原理
上皮组织细胞存在离子主动转运,会在组织两侧产生天然跨上皮电位差PD。系统配备两对电极,一对电压电极用于采集跨上皮电位;另一对电流电极用于施加补偿电流,外接电压电流钳控制器。
1.短路电流Isc:控制器施加补偿电流,把跨上皮电位抵消调至零,此时的补偿电流就是短路电流,代表上皮组织净离子主动转运水平,可以反映离子通道活性、药物对离子转运的调控效果。
2.跨上皮电阻TEER:向组织施加交变电流,测量电位变化,计算得到跨上皮电阻。电阻数值直接反映上皮屏障完整性,组织屏障受损、细胞间隙开放,电阻数值就会下降;组织屏障完整,电阻维持较高水平,是评价上皮损伤、黏膜完整性的关键指标。
三、两种实验模式
1.通量转运实验模式:侧重测定药物、小分子、营养物质跨组织渗透量,定时采集受体侧溶液,通过分析仪器测定样品浓度,计算转运通量与渗透参数。
2.电生理记录模式:持续记录跨上皮电位、短路电流、跨上皮电阻,观察药物、刺激物作用之后上皮离子转运与屏障功能的动态变化,研究离子通道、受体介导生理反应。两种模式可以同步开展,同时获取渗透数据和电生理信息。
四、核心结构分工
1.半腔室:分为黏膜侧、浆膜侧,相互隔离,样本夹压紧密封,杜绝溶液从组织边缘渗漏,渗漏会直接造成实验数据失效。
2.恒温模块:通过水浴夹层维持溶液温度,保证离体组织细胞生理活性。
3.通气组件:通入氧气与二氧化碳混合气,实现供氧、pH缓冲与液体搅拌。
4.电压电流钳系统与电极:完成电位、电流信号采集与电信号补偿,获取电生理指标。
5.样本固定滑块夹具:用来夹持离体组织或细胞培养膜,确定有效渗透面积,不同夹具对应不同暴露面积的样本。
五、主要技术特点
该装置保留真实上皮组织结构,同时存在被动扩散与细胞主动转运过程,相比人工合成膜体外渗透模型,更贴近体内黏膜真实转运情况。既可以评价药物口服、黏膜给药的吸收潜力,也可以研究黏膜损伤、炎症、屏障修复、离子转运机理。
离体组织存活时间有限,仅可维持数小时实验;操作对组织标本完整性要求高,组织出现破损会直接造成电阻异常、渗透结果失真;通量实验需要定时取样,通量较低的物质对检测仪器灵敏度有一定要求。
六、典型应用方向
用于新药研发中药物肠道吸收、鼻粘膜透膜性能评价;肠道生理、离子通道机理研究;黏膜屏障损伤、炎症模型评价;营养物质吸收转运研究;角膜、呼吸道上皮组织生理药理实验。