Гематоэнцефалический барьер работает как пограничная стена между кровью и мозгом, позволяя только определенным молекулам проникать в мозг. Хотя некоторые вещества, такие как вода, кислород и алкоголь, могут проникать через гематоэнцефалический барьер, 99 процентов потенциально нейропротекторных соединений блокируются от достижения своих целей в головном мозге.
Теперь, в исследовании, проведенном на живых, в том числе на бодрствующих мышах, группа исследователей из Копенгагенского университета дает прямое представление о том, как обмануть непроницаемые стенки гематоэнцефалического барьера, чтобы лекарство доставлялось в мозг.
Они исследовали так называемые липосомные лекарственные носители в виде наночастиц и доставили их через гематоэнцефалический барьер, отслеживая и контролируя их на всем протяжении всей системы.
«До этого исследования сообщество не имело представления о том, что происходит с гематоэнцефалическим барьером в живом мозгу, и почему одни наночастицы пересекаются, а другие нет. В этом отношении гематоэнцефалический барьер был «черным ящиком», в котором события между введением лекарства и обнаружением в мозге оставались неясными.
Вызывало даже сомнение, что попадание наночастиц в мозг вообще возможно. В нашей статье мы представляем прямое доказательство попадания наночастиц в мозг и описываем, почему, когда и где это происходит », – объясняет доцент Кшиштоф Кухарц из отдела нейробиологии.
Исследователи, которым помогали коллеги из Технического университета Дании и Ольборгского университета, использовали двухфотонную визуализацию для разрушения гематоэнцефалического барьера, чтобы понять, как переносчики лекарств в виде наночастиц преодолевают гематоэнцефалический барьер в живом организме.
«Мы отслеживали поступление наночастиц в мозг на каждом этапе процесса, предоставляя ценные знания для разработки будущих лекарств. В частности, мы показываем, на какие сосудистые сегменты наиболее эффективно воздействовать наночастицами, чтобы позволить им проникнуть в мозг.
И поскольку мы смогли контролировать переносчиков лекарств на уровне отдельных наночастиц, теперь мы предоставляем новую платформу для разработки более эффективных и безопасных терапевтических подходов », – говорит Кшиштоф Кухарц.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что наночастицы, нацеленные на мозг, улавливаются в капиллярах и венулах эндотелиальными клетками, которые являются клетками гематоэнцефалического барьера, которые позволяют или препятствуют доступу молекул к нашей мозговой ткани.
"По аналогии с мифическим троянским конем они распознаются эндотелием и транспортируются через гематоэнцефалический барьер в мозг. Эти наночастицы имеют грузовое пространство, в которое можно загружать различные нейропротекторные препараты для лечения многих нейродегенеративных заболеваний. Этот подход в настоящее время апробирован во многих клинических и доклинических исследованиях рака мозга, инсульта, болезни Альцгеймера и Паркинсона.
Однако уровни транспорта наночастиц в мозг по-прежнему низкие, и их необходимо улучшить, чтобы достичь клинического значения. Таким образом, существует большая потребность в оптимизации доставки лекарств из наночастиц, и для этого важно понимать, как наночастицы взаимодействуют с гематоэнцефалическим барьером. Вот где мы вступили в игру.,"говорит Кшиштоф Кухарц.
Исследователи использовали метод двухфотонной визуализации для изучения наночастиц, что позволило им открыть «черный ящик» гематоэнцефалического барьера и получить полную картину пути наночастиц через гематоэнцефалический барьер. Они пометили частицы флуоресцентными молекулами, что позволило проводить микроскопию наноносителей в живом, неповрежденном мозге с разрешением одной наночастицы.
Теперь они могли наблюдать, как наночастицы циркулируют в кровотоке, как они со временем связываются с эндотелием, сколько поглощается эндотелием, сколько остается, что происходит с ними, когда они оказываются внутри гематоэнцефалического барьера и где наночастицы выходят в мозг. Затем они заметили, что сосуды головного мозга по-разному обрабатывают наночастицы, разрешая или запрещая доступ наночастиц к ткани головного мозга в зависимости от типа сосуда.
«Хотя анатомия и функция эндотелия различаются для разных типов сосудов, эта основная особенность мозга до сих пор не учитывалась в исследованиях доставки лекарств, и неизвестно, влияет ли она на доставку лекарств», – говорит Кшиштоф Кухарц.
Они показывают, что наночастицы могут попадать в мозг в основном через крупные сосуды, т.е.е. венулы, которые окружены так называемым периваскулярным пространством, а не, как считалось ранее, мелкими и многочисленными капиллярами. Периваскулярное пространство окружает венулы, благодаря чему наночастицам легче выходить из эндотелия и продвигаться дальше в мозг, но оно отсутствует в капиллярах.
"Наши результаты опровергают предполагаемое мнение о том, что капилляры являются основным местом транспорта наночастиц в мозг.
Вместо этого венулы должны быть нацелены на эффективную доставку наночастиц лекарств в мозг », – говорит Кшиштоф Кухарц.
Методологическая платформа, разработанная авторами, может стать отличной платформой для точной настройки составов наночастиц для увеличения транспорта в мозг и предоставить ценную информацию для будущего дизайна новых систем доставки лекарств.
Мы надеемся, что это станет большим шагом вперед в эффективном лечении заболеваний головного мозга.