Мозг драгоценен, и эволюция приложила немало усилий, чтобы защитить его от повреждений. Наиболее очевидным является наш череп толщиной 7 мм, но мозг также окружен защитной жидкостью (спинномозговой – мозга и позвоночника) и защитной мембраной, называемой мозговыми оболочками. Оба обеспечивают дополнительную защиту от физических травм.
Еще один защитный элемент – гематоэнцефалический барьер. Как следует из названия, это барьер между кровеносными сосудами (капиллярами) мозга и клетками и другими компонентами, составляющими ткань мозга. В то время как череп, мозговые оболочки и спинномозговая жидкость защищают от физического повреждения, гематоэнцефалический барьер обеспечивает защиту от болезнетворных патогенов и токсинов, которые могут присутствовать в нашей крови.
Гематоэнцефалический барьер был открыт в конце 19 века, когда немецкий врач Пауль Эрлих ввел краситель в кровоток мыши. К его удивлению, краска проникла во все ткани, кроме головного и спинного мозга. Хотя это показало, что между мозгом и кровью существует барьер, только в 1960-х годах исследователи смогли использовать микроскопы, достаточно мощные, чтобы определять физический слой гематоэнцефалического барьера.
Теперь мы знаем, что ключевой структурой гематоэнцефалического барьера, который создает барьер, является "эндотелиальный плотный переход". Эндотелиальные клетки выстилают внутреннюю часть всех кровеносных сосудов. В капиллярах, образующих гематоэнцефалический барьер, эндотелиальные клетки заклинивают очень близко друг к другу, образуя так называемые плотные контакты.
Плотный зазор позволяет только небольшим молекулам, жирорастворимым молекулам и некоторым газам свободно проходить через стенку капилляров в ткани мозга. Некоторые более крупные молекулы, такие как глюкоза, могут проникать через белки-переносчики, которые действуют как специальные двери, которые открываются только для определенных молекул.
Эндотелиальные клетки кровеносного сосуда окружают другие компоненты гематоэнцефалического барьера, которые не участвуют строго в предотвращении попадания предметов из крови в мозг, но которые взаимодействуют с клетками, образующими барьер, чтобы изменить избирательность гематоэнцефалического барьера. барьер.
Зачем нам это нужно?
Целью гематоэнцефалического барьера является защита от циркулирующих токсинов или патогенов, которые могут вызвать инфекции головного мозга, и в то же время позволять жизненно важным питательным веществам достигать мозга.
Другая его функция – поддерживать относительно постоянный уровень гормонов, питательных веществ и воды в мозгу – колебания, которые могут нарушить точно настроенную среду.
Итак, что произойдет, если гематоэнцефалический барьер поврежден или каким-то образом нарушен??
Один из распространенных путей – бактериальная инфекция, например, менингококковая инфекция. Менингококковые бактерии могут связываться со стенкой эндотелия, в результате чего плотные соединения слегка приоткрываются. В результате гематоэнцефалический барьер становится более пористым, позволяя бактериям и другим токсинам инфицировать ткань мозга, что может привести к воспалению, а иногда и к смерти.
Также считается, что функция гематоэнцефалического барьера может снижаться при других состояниях. Например, при рассеянном склерозе дефектный гематоэнцефалический барьер позволяет лейкоцитам проникать в мозг и атаковать функции, которые отправляют сообщения от одной клетки мозга (нейрона) к другой. Это вызывает проблемы с тем, как нейроны передают друг другу сигналы.
Когда нам нужно пройти через это?
Гематоэнцефалический барьер обычно очень эффективен для предотвращения попадания нежелательных веществ в мозг, что имеет обратную сторону. Подавляющее большинство потенциальных лекарств не легко преодолевают барьер, создавая огромное препятствие для лечения психических и неврологических расстройств.
Один из возможных способов решения проблемы – "обманывать" гематоэнцефалический барьер для прохождения препарата. Это так называемый подход троянского коня, при котором лекарство сливается с молекулой, которая может проходить гематоэнцефалический барьер через белок-переносчик.
Другой подход – временно открыть гематоэнцефалический барьер с помощью ультразвука.
На мышах с болезнью Альцгеймера мы показали, что использование ультразвука для открытия гематоэнцефалического барьера может улучшить когнитивные функции и уменьшить количество токсичных бляшек, которые накапливаются в головном мозге. Мы думаем, что это может быть связано со способностью ультразвука в сочетании с микропузырьками нагнетаемого газа временно и безопасно открывать гематоэнцефалический барьер, позволяя проникать защитным факторам, передающимся через кровь. Важно отметить, что такой подход не повредил мозг.
В новом исследовании мы показали, что, временно открывая гематоэнцефалический барьер, ультразвук позволяет большему количеству терапевтических антител попасть в мозг, улучшая патологию, подобную болезни Альцгеймера, и познавательные способности больше, чем при использовании ультразвука или изолированного препарата антител.
Таким образом, УЗИ является многообещающим инструментом для временного и безопасного преодоления обычно очень полезного, но иногда проблематичного гематоэнцефалического барьера. Его можно использовать для улучшения доставки лекарств в мозг и тем самым сделать лечение болезни Альцгеймера и других заболеваний мозга более рентабельным.