Naukowcy pokonują barierę ochronną mózgu, aby dostarczać do niego leki

Nowa technika pozwalająca na transport leków przez trudną do pokonania barierę krew-mózg otwiera nowe możliwości leczenia chorób ośrodkowego układu nerwowego.

Ochrona mózgu przed chorobotwórczymi patogenami i toksynami w krwi opiera się jednak przede wszystkim na wyspecjalizowanym systemie komórek zwanym barierą krew-mózg. Bariera ta pełni rolę swoistej granicy między naczyniami krwionośnymi a tkanką mózgową. Jej rolą jest zarówno ochrona mózgu przed substancjami toksycznymi znajdującymi się w krwiobiegu, jak i dostarczanie do niego składników odżywczych. To właśnie jej skuteczność w zapobieganiu przedostawania się niepożądanych substancji do mózgu sprawia, że leczenie chorób mózgu i ośrodkowego układu nerwowego jest niezwykle trudne – problemem staje się dostarczenie do niego substancji leczniczych.

Zespół badaczy wspieranych częściowo w ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu V-EPC znalazł nowy sposób na tymczasowe otwarcie bariery krew-mózg w celu dostarczenia leków do tkanek mózgu. Opracowana przez nich technika wykorzystuje światło i nanocząsteczki w celu rozrywania połączeń utworzonych przez ściśle przylegające do siebie komórki w naczyniach włosowatych bariery, co pozwala lekom na pokonanie tej granicy i dotarcie do celu.

Możliwe metody leczenia
Zespół badaczy z Irlandii, Włoch oraz Stanów Zjednoczonych zademonstrował działanie nowej metody opisanej w badaniu opublikowanym w czasopiśmie naukowym „Nano Letters” na modelu mysim. Jak czytamy w informacji prasowej opublikowanej na stronie internetowej ScienceDaily, jeden z autorów-korespondentów badania, dr Zhenpeng Qin z Uniwersytetu Teksańskiego w Dallas (UT Dallas), uważa, że takie podejście może doprowadzić do opracowania metod leczenia guzów mózgu i choroby Lou Gehriga. Może również pomóc w rekonwalescencji po udarach mózgu oraz umożliwić wykorzystywanie terapii genowych. Zanim jednak nowe rozwiązanie będzie można zastosować u ludzi, konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych badań oraz testów.

– Metody zwiększania przepuszczalności bariery krew-mózg mają kluczowe znaczenie dla rozwoju metod leczenia chorób ośrodkowego układu nerwowego – uważa Xiaoqing Li, doktorantka inżynierii biomedycznej na UT Dallas oraz jedna ze współautorek badania.

W ramach badania naukowcy wykorzystali zsyntetyzowane nanocząsteczki złota połączone z przeciwciałem BV11, ukierunkowane na połączenia komórek w ramach bariery. Dodatkowo zespół wykorzystał wprowadzone dożylnie wirusy związane z adenowirusami (AAV) wykorzystywane w terapiach genowych, a następnie zastosował stymulację przy pomocy lasera. Wyniki pokazują, że wprowadzone przez badaczy wirusy skutecznie przekroczyły barierę krew-mózg i zainfekowały 64% neuronów w prawej półkuli przy zastosowaniu wzbudzania laserowego. Dowodzi to, że przezczaszkowa pikosekundowa stymulacja przy pomocy lasera nanocząsteczek złota po podaniu dożylnym AAV zwiększa przepuszczalność bariery krew-mózg.

Zastosowanie impulsów laserowych do aktywacji nanocząsteczek wytwarza niewielką siłę mechaniczną, która tymczasowo przerywa ciągłość bariery, umożliwiając przedostanie się leku do krwiobiegu mózgu, wyjaśnia Li. Działanie to nie powoduje jednak trwałego uszkodzenia bariery ochronnej ani nie wpływa na zwężanie i rozszerzanie naczyń krwionośnych.

W ramach kolejnego badania wspieranego w ramach projektu V-EPC (Inherited disfunctions of brain microcirculation) badacze zajęli się opisem procesu powstawania naczyniaków jamistych u myszy – skupisk nieprawidłowych naczyń krwionośnych, które tworzą się w mózgu i rdzeniu kręgowym. Badanie doprowadziło do powstania przedklinicznego modelu mysiego, który pozwoli na opracowanie nowych leków stosowanych w leczeniu ostrych krwotoków w mózgu i rdzeniu kręgowym spowodowanych przez naczyniaki jamiste. Wyniki badania zostały opublikowane w czasopiśmie „iScience”.