A low-cost device for measuring TEER at cultivation of epithelial/endothelial cells on inserts.

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Background: The barrier properties of epithelial and endothelial cells are usually studied in vitro when cells are cultured on mesh inserts in culture plates, and it is necessary to assess the state of the cell monolayer on the membrane of the inserts before the experiment. Typically, monolayer density is analyzed by passing a fluorescent label through the insert with cells or by measuring the transendothelial resistance (TEER) of the cell layer. Many studies use both methods of assessing monolayer integrity in parallel, depending on the purpose of the study. The TEER method also allows to record early changes in the monolayer state under the action of various substances.

Aim of this work is to demonstrate the possibility of TEER measurements using the proposed device (conductometer) made from freely available components using endothelial/epithelial cells as an example.

Materials and Methods. A device (conductometer) for measuring TEER, created on the basis of easily accessible components, is presented. The device was tested by culturing two cell lines – hybridoma of endothelial origin Ea.hy926 and human colon adenocarcinoma Caco-2. Caco-2 cells were cultured for 22 days and Ea.hy926 cells were cultured for 7 days. The integrity of the cell monolayer and the density of intercellular contacts were evaluated by the TEER value determined by the proposed conductometer, as well as by the fluorescein permeability of the cell monolayer.

Results: The results of TEER measurements using the proposed device and at the same time, the fluorescein permeability of the cell monolayer during the cultivation of Caco-2 and EA.hy926 cells are presented. For Caco-2 cells from the moment of 100% confluence the TEER value gradually increased reaching maximum values by 20-21 days, after which it decreased slightly. The permeability values decreased as the cells were cultured, indicating the formation of dense contacts. For EA.hy926 cells the rise in TEER values are observed on day 3  and decrease was observed on day 7. The results of TEER and permeability obtained by the proposed conductometer have a strong inverse correlation for both cell lines and are in good agreement with each other.

Conclusions. The presented device, made on the basis of simple and affordable components, is similar to commercially available devices and can be used to study the integrity and density of a monolayer in the cultivation of epithelial/endothelial cells, to study the processes of trans/paracellular transport under the action of various substances, as well as in experiments with the co-cultivation of various cell lines.

About the authors

Irina V. Voronkina

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: voronirina@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-0078-4442
SPIN-code: 2336-4158

Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher of the Biochemistry Department

Russian Federation, Saint Petersburg

Larisa V. Smagina

Institute of Experimental Medicine

Email: smagina.la.vl@gmail.com
SPIN-code: 8605-7671

Researcher of the Biochemistry Department

Russian Federation, Saint Petersburg

Anna A. Ivanova

Institute of Experimental Medicine

Email: anna.ivantcova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8673-9628
SPIN-code: 5306-1995

Researcher of the Biochemistry Department

Russian Federation, Saint Petersburg

Tatyana S. Sall

Institute of Experimental Medicine

Email: miss_taty@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5890-5641
SPIN-code: 4172-6277

Researcher of the Biochemistry Department

Russian Federation, Saint Petersburg

Yury E. Adamyan

Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University

Email: wiradam@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-3410-1005
SPIN-code: 2739-8689

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Higher Voltage Energy School

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. EVOM™ MANUAL FOR TEER MEASUREMENT [cited 2023 Mar 3] https://www.wpiinc.com/evm-mt-03-01-evomtm-manual-for-teer-measurement.html
  2. Raut, B. Chen, L.-J., Hori, T. et al.. An Open-Source Add-On EVOM® Device for Real-Time Transepithelial/Endothelial Electrical Resistance Measurements in Multiple Transwell Samples. Micromachines 2021;12: 282. doi.org/10.3390/mi12030282
  3. CELLZCOPE The Automatic Cell Monitoring System. [cited 2023 Apr 20] www.nanoanalytics.com/en/products/cellzscope.html
  4. REMS Autosampler. [cited 2023 Jul 8] www.yumpu.com/en/document/view/ 34494981/rems-autosampler-instruction-manual-world-precision-instruments/48
  5. Theile, M., Wiora, L., Russ, D., Reuter, et al., A simple approach to perform TEER measurements using a self-made volt-amperemeter with programmable output frequency. JoVE (Journal of Visualized Experiments), 2019: 152. doi: 10.3791/60087
  6. Rajabzadeh, M., Ungethum, J., Herkle, A., et al. A PCB-Based 24-Ch. MEA-EIS Allowing Fast Measurement of TEER. IEEE Sensors Journal, 2021:21(12): 13048–13059. doi: 10.1109/jsen.2021.3067823
  7. D. Bouis, G.A. Hospers, C. Meijer, et al. Endothelium in vitro: a review of human vascular endothelial cell lines for blood vessel-related research. Angiogenesis, 2001:4 (2): 91-102. doi.org/10.1023/A:1012259529167
  8. Lisec, B. , Bozic, T. , Santek, I. Characterization of two distinct immortalized endothelial cell lines, EA.hy926 and HMEC-1, for in vitro studies: exploring the impact of calcium electroporation, Ca2+ signaling and transcriptomic profiles. Cell Communication and Signaling . 2024: 22 (1):118. doi: 10.1186/s12964-024-01503-2
  9. Tranova Yu.S., Slepnev A.A., Chernykh I.V., Shchulkin A.V., Mylnikov P.Yu., Popova N.M., Povetko M.I., Yakusheva E.N. Method for Testing of Drugs Belonging to Substrates and Inhibitors of the Transporter Protein BCRP on Caco-2 Cells. Drug development & registration. 2023;12(2):87-94. (In Russ.) doi.org/10.33380/2305-2066-2023-12-2-87-94
  10. Yutaka KONISHI, Keiko HAGIWARA, Makoto SHIMIZU. Transepithelial Transport of Fluorescein in Caco-2 Cell Monolayers and Use of Such Transport in In Vitro Evaluation of Phenolic Acid Availability. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2002;66(11): 2449-2457. doi: 10.1271/bbb.66.2449.
  11. Prachi Shekhawat, Milind Bagul, Diptee Edwankar, et al. Enhanced dissolution/caco-2 permeability, pharmacokinetic and pharmacodynamic performance of re-dispersible eprosartan mesylate nanopowder. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 2019; 132: 72-85, doi.org/10.1016/j.ejps.2019.02.021.
  12. Shchulkin A.V., Tranova Yu.S., Abalenikhina Yu.V., et al. Cells of the Caco-2 line as a model for studying the absorption of medicinal substances. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2022:10:63-69. (In Russ.) doi.org/10.31146/1682-8658-ecg-206-10-63-69
  13. Hubatsch, I., Ragnarsson, E. G. E., Artursson, P. Determination of drug permeability and prediction of drug absorption in Caco-2 monolayers. Nature Protocols, 2007:2(9): 2111–2119. doi: 10.1038/nprot.2007.303.
  14. Poenar, D. P., Yang, G., Wan, W. K. & Feng, S.: Low-Cost Method and Biochip for Measuring the Trans-Epithelial Electrical Resistance (TEER) of Esophageal Epithelium. Materials (Basel) 2020; 13(10): 2354. doi: 10.3390/ma13102354
  15. Srinivasan, B. Kolli, A. R., Esch, M. B., et al. TEER measurement techniques for in vitro barrier model systems. Journal of Laboratory Automation. 2015: 107–126. doi: 10.1177/2211068214561025.
  16. Wuttimongkolchai, N., Kanlaya, R., Nanthawuttiphan, S., et al. 2022. Chlorogenic acid enhances endothelial barrier function and promotes endothelial tube formation: a proteomics approach and functional validation. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2022; 153: 113471. doi.org/10.1016/ j.biopha.2022.113471
  17. Velandia-Romero, M. L., Calderón-Peláez, M. A., Balbás-Tepedino, A., et al. Extracellular vesicles of U937 macrophage cell line infected with DENV-2 induce activation in endothelial cells EA.hy926. 2020. PLoS One. 15(1): e0227030.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Scheme of the measuring system (a) and oscillograms of signals from current shunt Rsh (upper curve) and from electrodes (lower curve) (b)

Download (183KB)
3. Fig. 2. Porous insert with electrodes. Electrode assembly cover fixes the position of the inner electrode in the insert. The second electrode is located between the insert and the wall of the plate well

Download (179KB)
4. Fig. 3. Distribution of electrical potential in an insert with a system of electrodes: a — calculated distribution of electrical potential in an insert filled with physiological solution; b — the electrode in the outer area has zero potential (indicated in black), the inner one has 1 V (grey)

Download (193KB)
5. Fig. 4. Dependence of resistance between electrodes on the relative area of perforations in the membrane

Download (78KB)
6. Fig. 5. Frequency dependence Z (f) for an insert with saline solution. Measurement results for the new insert are shown

Download (91KB)
7. Fig. 6. Dynamics of TEER (a) and permeability of fluorescein-labeled dextran (b) for Caco-2 cells during 3–22 days of cultivation. The results of a representative experiment (n = 12) are presented. Means of three measurements ± SEM are shown. * p < 0,01, ** p < 0,05, *** p < 0,01. TEER — transepithelial electrical resistance; FL-dextran — dextran fluorescein

Download (183KB)
8. Fig. 7. TEER dynamics with respect to cell-free control (a) and permeability for FL-Na in % of the amount of FL-Na (b) inserted during cultivation of EA.hy926 cells on collagen-coated inserts for 7 days. The cells were applied at 20 thousand per insert. The results of a representative experiment (n = 3) are presented. The average values of the three measurements and the standard error of the mean are given. * p < 0.01, ** p < 0.05. TEER — transepithelial electrical resistance; FL-Na — fluorescein-Na

Download (93KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».