Bariera krew-mózg jest jak mur graniczny pomiędzy krwią a tkanką nerwową, pozwalając dostać się do mózgu tylko niektórym cząsteczkom - takim jak woda, tlen, ale także alkohol czy kofeina. Jednak bariera nie przepuszcza ponad 99 proc. związków, które mogłyby być lekami na choroby neurologiczne, na przykład stwardnienie rozsiane, padaczkę, chorobę Parkinsona czy Alzheimera.

Reklama

Zespół naukowców z Uniwersytetu w Kopenhadze przeprowadził na żywych myszach badania dotyczące dostarczania leków poprzez barierę krew-mózg z wykorzystaniem tak zwanych nanocząsteczkowych liposomowych nośników leków.

- Przed tym badaniem nie mieliśmy wglądu w to, co dzieje się w barierze krew-mózg w żywym mózgu i dlaczego niektóre nanocząsteczki przechodzą, a inne nie. Pod tym względem bariera krew-mózg była "czarną skrzynką" - wydarzenia między podaniem leku a wykryciem go w mózgu pozostawały niejasne. Wątpiono nawet, czy wejście nanocząsteczek do mózgu było w ogóle możliwe. W naszym artykule przedstawiamy teraz bezpośredni dowód wejścia nanocząsteczek do mózgu i opisujemy, dlaczego, kiedy i gdzie to się dzieje – wyjaśnia Krzysztof Kucharz z Katedry Neuronauki Uniwersytetu w Kopenhadze.

Autorzy badań, wspomagani przez kolegów z duńskiego Uniwersytetu Technicznego i Uniwersytetu w Aalborgu, wykorzystali obrazowanie dwufotonowe bariery krew-mózg, aby zrozumieć, w jaki sposób nanocząsteczkowe nośniki leków przekraczają ją w żywym organizmie.

- Monitorowaliśmy wnikanie nanocząsteczek do mózgu na każdym etapie procesu. W szczególności pokazujemy, które segmenty naczyniowe są najskuteczniejsze do namierzenia za pomocą nanocząsteczek, aby umożliwić ich wejście do mózgu. Byliśmy w stanie monitorować nośniki leków na poziomie pojedynczych nanocząsteczek, teraz zapewniamy nowatorską platformę do opracowania skuteczniejszych i bezpieczniejszych metod terapeutycznych – mówi Krzysztof Kucharz.

Jak się okazało, nanocząsteczki docierające z krwią do mózgu są wychwytywane w naczyniach włosowatych i żyłkach przez tworzące barierę krew-mózg komórki śródbłonka, które umożliwiają lub odrzucają dostęp tych cząsteczek do tkanki mózgowej.

- Podobnie do mitycznego konia trojańskiego są rozpoznawane przez śródbłonek i transportowane przez barierę krew-mózg do mózgu. Te nanocząsteczki mają "przestrzeń ładunkową", która może być załadowana różnymi lekami neuroprotekcyjnymi w leczeniu wielu chorób neurodegeneracyjnych. To podejście jest obecnie testowane w badaniach klinicznych i przedklinicznych dotyczących raka mózgu, udaru, choroby Alzheimera i Parkinsona. Jednak poziom transportu nanocząsteczek do mózgu jest nadal niski i należy go poprawić, aby osiągnąć znaczenie kliniczne. W związku z tym istnieje wielka potrzeba optymalizacji dostarczania nanocząsteczek a do tego niezbędne jest zrozumienie, w jaki sposób wchodzą one w interakcję z barierą krew-mózg – mówi Krzysztof Kucharz.

Naukowcy zastosowali metodę obrazowania dwufotonowego, co pozwoliło uzyskać pełny obraz drogi nanocząsteczek przez barierę krew-mózg. Oznaczyli je cząsteczkami fluorescencyjnymi, co umożliwiło mikroskopię nanonośników w żywym, nienaruszonym mózgu.

Mogli obserwować, jak nanocząsteczki krążą w krwiobiegu, jak z czasem łączą się ze śródbłonkiem, ile jest wychwytywanych przez śródbłonek, ile pozostaje, co dzieje się z nimi po przejściu przez barierę krew-mózg i gdzie nanocząsteczki wydostają się do mózgu. Następnie zaobserwowali, że naczynia mózgowe inaczej radzą sobie z nanocząsteczkami, umożliwiając lub odrzucając dostęp nanocząsteczek do tkanki mózgowej w zależności od typu naczynia.

- Chociaż anatomia i funkcja śródbłonka różnią się w zależności od rodzaju naczyń, ta główna cecha mózgu była dotychczas pomijana w badaniach nad dostarczaniem leków, a nie wiadomo, czy i jak wpływa na dostarczanie leków – mówi Krzysztof Kucharz.

Nanocząsteczki mogą przedostawać się do mózgu głównie przez duże naczynia, czyli żyłki, które otoczone są tzw. przestrzenią okołonaczyniową, a nie jak wcześniej sądzono małymi i licznymi naczyniami włosowatymi. Przestrzeń okołonaczyniowa otacza żyłki, dzięki czemu nanocząsteczki łatwiej wydostają się ze śródbłonka i dalej wnikają do mózgu, ale efekt ten nie występuje w przypadku naczyń włosowatych.

- Nasze wyniki podważają założony pogląd, że naczynia włosowate stanowią główne miejsce transportu nanocząsteczek do mózgu. Zamiast tego należy ukierunkować żyłki na efektywne dostarczanie leków nanocząsteczkowych do mózgu – mówi Krzysztof Kucharz.

Platforma metodologiczna opracowana przez autorów może pomóc w precyzyjnym dostrajaniu formulacji nanocząsteczek dla zwiększenia transportu do mózgu i dostarczenia cennych informacji na potrzeby przyszłego projektowania nowych systemów dostarczania leków.